《化工原理考研题库4热》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
x04a05001①判断下列各组物性数值大小：A心*,Aa,AnB〃次,“xCpn,pkDrmv,zio»t（水蒸汽汽化潜热）①②网>"、③P'.vpxt④，1oor>ri«>txO4aO5OO2试判断下面各组传热系数a的数值大小.Aavx
1①二次蒸汽流动阻力引起的损失液层静压引起的损失溶液沸点升高引起的损失减压操作减压下液层静压引起的损失大t04b05015①判断下面的说法中哪一种是错误的：A）在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；B）在同一温度下，物体的吸收率4与黑度£在数值上相等，因此4和尚物理意义相同;C）黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D）黑度反映了实际物体接近黑体的程度。②当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法中哪一个是错误的：A）逆流时，Arm一定大于并流，错流或折流时的At”；B）采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量；C）采用逆流操作可以减少所需的传热面积；D）温度差较正系数g4的大小反映了流体流向接近逆流的程度。①B）②B）x04a05016①红砖的黑度为0.93,当其表面温度均为300,C时，红砖的发射能力为。A）5683.4W/m2B）916.7W/m2②有一套管换热器，环隙有119.6°C蒸汽冷凝，管内空气从2（TC被加热到5（TC,管壁温度应接近.A）35-CB）119.erC）77.3-C③己知在温度即寸耐火砖•的发射能力（辐射能力）大于铜的发射能力，则铜的黑度为，耐火砖的黑度为A）0.6B）0.9C）1①A）②B）③A）B）tO4bO5O17①设置隔热挡板是辐射散热的有效方法。挡板材料的黑度愈低，辐射散热量«②有一单层平壁如图所示。己知材料的热导率4为常数，从左等温面A至右等温面心的稳定导热热流量为G则平壁内的温度分布表达式为.①减少愈低②t04b05018①已知热导率4=2.388X10"Cal/cnbs」C,此值在SI制中为W/m-K«②写出比热容4的单位，工程制为SI制为③物体的辐射传热速率与热力学温度的—方成正比。①1②kCal/kgC,J/kg-C③四次方t04b05019①蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放，这是因为.②某物体（可近似为灰体）在2（TC时，其黑度为斤0.8,则其辐射能力的大小为其吸收率为——。①不凝气不凝气构成附加的气膜阻力，使at②334.3W'/nr'0.8t04a05020①一列管换热器，列管规格为的8nmiX3mm,管长4m,管数127根，则外表面积S=,而以巨衣面积汁的传热面积S=«②两流体的间壁换热过程中0=以2£计算式中，At表示°①S=127x4tp<0.0385=127x4^xO.032②工-石或AT,t04a05021①稳定热传导是指不随时间而改变。②套管换热器，内管外径4、外管内径4,则环隙的当量直径4=①传热系统中各点的温度仅随位置变②d-dtO4aO5O22①在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将材料包在内层，其原因是②辐射传热速率计算公式为【中公系数小的：成少然损失降低壁:向温度2〃-I。。）'/t04b05023①两流体通过间壁换热，冷流体从20°C被加热到509,热流体从100C被冷却到709,逆流时的A-=℃,并流时的"Co②在传热实验中，用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数磁近于—侧的表面传热系数，而壁温接近于侧流体的温度。③蒸汽冷凝时的表面传热系数a较大。原因是.①5（TC43.5-C②空气饱和水蒸汽③蒸汽冷凝时释放较大冷凝潜热tO4bO5O24①黑体是指：；②镜体是指：；：；灰体是指：s④在对流传热过程中，加表示—，友小的准数①能吸收全部辐射能的物体。②能全部反射辐射能的物体。③能以相同的吸收率吸收所有波长的辐射能的物体。④包含对流传热系数；流体流动状态。t04a05025①单层园筒壁热阻的表达式为,用SI制表示的单位是.②园形管内强制对流传热时的雷诺准数式是_®b/UK/W②duplR
2t04a05026①努赛尔准数的定义式是.②平壁稳定传热过程，通过三层厚度相同的不同材料，每层间温度变化如图所示，试判断力、/、石的大小顺序以及每层热阻的大小顺序.①Nu=aU入②%>办〉&S,/Z<82/&/A,t04a05027①已知传热系数ei250kCal/m%C,在SI制中，存W/m2K;汽化潜热厂2200kJ/kg,在工程单位制中尸kCal/kg0②普兰德准数的定义式是①1453525②）Pa川2t04a05028①钢的热导率可近似为W/m-K或kCal/m-h-'C.②在压强恒定的条件下，空气粘度随温度升高而.①4538.7②增大t04a05029①厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知以>&>";热导率/〈为〈不。在稳定传热过程中，各层的热阻吊&自:各层导热速率。@②在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而.①R〉R>RQ=Q=Q②降低t04a05030①物体黑度是指在——温度下，物体的与之比，在数值上它与同一温度下物体的——相等。②两固体间辐射传热速率公式为①同一辐射能力黑体辐射能力吸收率②Qy=Cw4[（7；/100）'-a/100）']tO4bO5O31①0=（，。）0Ar,式中At=：a=1.13（r即可/〃/Ar）'式中Ar=。②克希霍夫定律指出：一切物体的——和——的比值均相等，且等于同温度下黑体的—①G-&;t-t.②发射能力吸收率发射能力tO4ao5032①物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。②液体沸腾根据温度差大小可分为__三个阶段，实际操作应控制在①后£区=总（〃100”：.E^tE^e②自然对流泡状沸腾膜状沸腾泡状沸腌段t04a05033①多层壁稳定传热，凡热导率2大的一层，温差也大。②在多管程列管换热器中，无相变两流体的平均传热温差总是比纯逆流时的小。③传热边界层厚度总是小于或等于流动边界层厚度。①x②J③xx04a05035①已知圆筒壁（外半径为后）上两层保温材料的温度分布曲线如图示：A层的热导率B层的热导率：应将放在内层保温效果好。（A,B两层厚度相等）。A）等于B）大于C）小于D）A层E）B层②红砖的黑度为0.93,当其表面温度均为300°C时，红诘的发射能力为.A）5683W/m2B）917W/m:①B）E）②A）x04b05036在设计列管式换热器中，设置折流挡板，以提高程流速，设置隔板以提高流速，以达到强化传热的目的.管程内流体流速的选取，对一般液体取，气体取，如该换热器用水蒸汽冷凝来加热原油，那么水蒸汽应在程流动。A）壳程B）管程C）壳程和管程D）u=Q.5~3m/sE）t/=5~30m/sF）（/=30~100m/s①A）B）D）E）A）x04b05037①在蒸汽冷凝传热中，不凝性气体的存在对a的影响是.A）不凝性气体存在会使a（值）大大降低。B）不凝性气体存在会使a（值）升高。C）不凝性气体的存在与否，对数据无影响。②对在蒸汽一空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的在工程上可行。A）提高空气流速。B）提高蒸汽流速。C）采用过热蒸汽以提高蒸汽温度。D）在蒸汽一侧管壁上加装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。③蒸汽压强的变化，对冷凝传热的影响是.A）蒸汽压强P3a值t,对a关联式有影响：B）蒸汽压强Pf,a值不变，对段联式无影响：C）蒸汽压强Pt,a值I,对a关联式有影响；①A）②A）③B）x04b05038①用常压水蒸汽冷凝来加热空气，空气平均温度为20。，则壁温约为一A）20,CB）100℃C）60,CD）49.7'C②高翅片管加热器一般用于.A）两侧均为液体B）两侧流体均有相变化C）一侧为气体，一侧为蒸汽冷凝D）一侧为液体沸腾，一侧为高温液体③因次分析法的目的在于.A）得到各变量间的确切定量关系。B）得到各无因次数群的确切定量关系。C）用无因次数群代替变量，使实验与关联工作简化。D）用无因次数群代替变量，使实验结果更可靠。①B）②C）③C）
3x04b05039①在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否合理：甲.传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙.换热器总传热系数俏接近空气侧的表面传热系数。A）甲乙均合理B）甲乙均无理C）甲合理，乙无理D）乙合理，甲无理②已知当温度为加寸，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度耐火砖的黑度。A）大于B）等于C）不能确定是否大于D）小于③在一列管式加热器中，壳程为饱和水蒸汽冷凝以加热管程中的空气。若空气流量大10%,为保证空气出口温度不变，可采用的办法是.A）壳程加折流挡板，增大壳程a值B）将原先的并流改为逆流流动以增大AG0开大蒸汽进口阀门以便增大水蒸汽流量D）开大蒸汽进口阀门以便提高加热蒸汽压力①A）②D）③D）x04b05040①穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻后与第二、三层热阻是、尼的大小.A）用〉（阴向B）/?,＜（^+A）C）用=（%+后）D）无法比较②列管换热器管程常用流速范围为：一般液体.气体.A）0.5~3m/sB）3~15m/sC）5~30m/s®C）②A）C）x04a05041①强制对流（无相变）流体的表面传热系数关联式来自。A）理论方法B）因次分析法C）数学模型法D）因次分析和实验相结合的方法②钢的热导率为,不锈钢的热导率为一，2（TC水的热导率为，2（TC空气的热导率为A）45W/mKB）0.6W/mK00.026W/mKD）15W/mK①D）②A）D）B）C）x04b05042①列管换热器中用水使46CC4的饱和蒸汽冷凝，则CS,饱和蒸汽应通过.A）管程B）壳程②有一套管换热器，在内管中空气从20t被加热到50C,环隙内有119.6'C的水蒸汽冷凝，管壁温度接近*C.A）35B）119.6077.3③在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度相差50t，现因某种原因，两者的温度各升高10（TC,则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该。A）增大B）变小C）不变①B）②B）③A）t04a05043①列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于,折流挡板的形状有,等。②多层筒壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度—。①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高园缺形（弓形），园盘和环形②最大最小t04a05044在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管:易结垢的流体走管:高压流体走管_有腐蚀性流体走管:粘度大或流量小的流体走管—①外内内内外t04a05045冷凝现象有—冷凝和——冷凝，工业冷凝器的设计都按——冷凝设计；沸腾现象有沸腾和.沸腾，工业上的沸腾装置一般是按加胶设计的①滴状膜状膜状泡核膜状泡核x04b05046①利用水在逆流操作的套管换热器中冷却某物料。要求热流体的温度乐A及流量G不变。今因冷却水进口温度3增高，为保证完成生产任务，提高冷却水的流量G,其结果—.A）储大，At.不变B）。不变，At.下降，储大C）冲变，确大，At。不确定D）耨大，At*下降②沸腾传热的过热度增大，其传热系数—.A）增大B）减小C）只在某范围变大D）沸腾传热系数与过热度无关①B）②C）xO4bO5O47①在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，换热器最好放置；冷却水应走A）水平B）垂直C）管内D）管外②已知钢质园管（外半径为n）外两层不等厚（6<&）保温材料的温度分布曲线如图示，则A层热导率B层的热导率。A）小于B）不能确定是否大于C）大于D）等于①A）C）②C）tO4bo5048①两流体进行传热，冷流体从10C升到30D,热流体从80-C降到6CTC,当它们逆流流动时，平均传热温差,当并流时，At.=.②浮头式或带膨胀节的换热器适用于_与——的温差很大的场合。①50C47.2'C②管壁壳壁
4t04a05049①将单程列管式换热器改为双程的作用是,但这将使减小，增大。②对流过程是和之间的传热过程。①提高管内aAt阻力②流体壁面t04a05050①定性温度是指.②沸腾传热可分为三个区域，它们是、和,生产中的沸腾传热过程应维持在区操作。①确定准数中各物性参数的温度②自然对流区核状沸腾区膜状沸腾区核状tO4bO5O51①判断下面关于系统进行稳定传热时的说法哪一个是错误的。A）通过一定传热面的传热速率不随时间变化，为一定值。B）系统中任一点的温度维持恒定。C）总的传热速率等于通过垂直于热流方向的各传热面的传热速率之和。D）系统中任一传热面上的热通量在过程中不变。②在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为：A）传导和对流B）传导和辐射C）传导、对流和辐射，但对流和辐射是主要的（DC）②C）t04a05052①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在程流动，加热器顶部设置排气阀是为了。②列管换热器的管程设计成多程是为了;在壳程设置折流挡板是为了.①壳程排放不凝气，防止壳程ofi大辐度下降②提高管程a值提高壳程a值tO4ao5053①间壁换热器管壁温度t.接近a.一侧的流体温度：总传热系数确数值接近一侧的a值。②对于间壁式换热器：加小（”为=加入（『等式成立的条件是、、①大热阻大②稳定传热无热损失无相变化t04a05054①影响两固体表面间辐射传热量大小的因素主要有、、、0②物体的黑度的定义是.①表面温度黑度介质性质几何位置②在同一温度下物体辐射能力与黑体辐射能力之比tO4bO5O55①哪些表面传热系数与壁温有关？请任举出其中四种（不必写出a公式）。、、、②黑体表面温度由37。加热到347K,则辐射能力增加为原来的倍.①自然对流强制对流冷凝给热沸腾给热②1.57倍x04a05056下列各种情况下的表面传热系数：空气流速为6m/s时的a;空气流速为25m/s时的a;水的流速为1.2m/s时的a;水的流速为2.5m/s时的a,;蒸汽膜状冷凝时的a之间的数值按自大而小的顺序为：①a>a〉a>a>axO4aO5O57碳钢的热导率为,不锈钢的热导率为；铜的热导率为,常压常温空气的热导率为;常温水的热导率为。A)151W/m-KB)370W/m-KC)45W/m-KD)16W/m-KE)0.62W/m-KF)0.025W/m-K©C)A)B)F)E)t04b05059①根据有无热补偿或补偿方法不同，列管式热器的一般结构型式有、、、•②换热器中，热流体由200T冷却到1401c,冷流体由20C升高到35C,热流体的热容量流率较小，则传热效率为：。①固定管板式浮头式U形管式②0.333t04a05060①列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是.②等温面不会相交，因为.①增大壳程流体的湍动程度，强化对流传热，提高a值，支承管子②一个点不可能具有两个不同的温度t04a05061①由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的热导率愈大，则该壁面的热阻就愈，其两侧的温度差愈。②为了减少高温发热体辐射热的散失，可采用在发热体之外设置.的措施。③在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效的措施是«①小小②隔热挡板③传热边界层威滞流层内；提高流体湍动程度tO4aO5O62①如图所示为间壁式换热器中冷热流体稳态传热过程的温度分布曲线，该传热过程是由、—和—三个串联的热传递环节组成，由图分析可知：a.控制热阻应在侧，因此若强化该传热过程，应从侧着手。①对流热传导对流a 5w04b051611.一杯开水(100'C)置于2(TC的静止空气中，问杯子两侧流体的传热各属何种类型？哪一侧热阻大？2.若将杯子浸在2(TC的冷水中(两流体不直接接触)，能否增强传热？理由？3.仍置于空气中，但使杯外的空气流动，问能否增强传热？理由？4.对1的情况，若对杯中流体加以搅动，问是否比2、3两种办法有效些？1.均为自然对流，气侧还有辐射，空气侧热阻大；2.能增强传热，因为水的对流传热系数比空气大；3.能增强传热，因为强制对流的对流传热系数比自然对流大4.主要热阻在空气侧，故2,3效果较好，4不及2,3w04bo5162下列计算表面传热系数的准数关联式各用在什么情况下？(\)Nu=ARePrGr3Nu=ARePr(3)J\fu=APrGr(D适用于强制对流和自然对流均有影响的不变相的对流传热；(2)适用于可忽略自然对流影响的不变相的对流传热；(3)适用于可忽略强制对流影响的不变相的对流传热。w04bo51631.作图定性示出沸腾佞热系数a随相应的传热温差At(壁面和沸腾液体之间)的变化关系。2.列管换热器隔板的作用是什么？1.如图2.隔板将管子分成若干组，构成多程换热器，增大流速，以提高管程a。t04b051641.消除列管换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加,采用结构或采用式结构。2.翅片管换热器安装翅片的目的是1.膨胀节；浮头式；U型管。2.增加传热面积：增强流体的湍动程度以提高a。t04a051651.列管换热器中，壳内的折流挡板通常采用形和形。2.为提高冷凝器的冷凝效果，安装时要,操作时要,1.网缺形；交替排列的圆盘和环形。2.时于单管采用卧式，并略有倾斜对于管束，应减少垂直列上的管子数目，或把管子的排列旋转一定的角度。及时排除不凝气和冷凝水。t04a051661.在多层平壁稳定热传导中，通过各层的热通量.2.列管换热器中，用饱和水蒸汽加热空气。空气走管内，蒸汽走管间，则管壁温度接近的温度，总传热系数接近的表面传热系数。3.饱和蒸汽冷凝时，At越大，att；液体核状沸腾时，A礴大，利o 61.相等。2.水蒸汽：空气侧。3.小：大x04a051671.间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻.A成正比B成反比C没关系2.在相同温度下，实际物体的吸收率与黑体的吸收率4的关系是.AA>A>B4=4CA 7t04a05178一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应,主要原因是_降低；因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后,使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。t04a05179外包绝热材料的蒸汽管道，当蒸汽压力增大时，绝热层外表面与空气之间联合表面传热系数的变化是,而绝热材料热导率变化是,主要原因是。增大；增大；壁温升高：t04b05180冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度7；=400匕，出口温度方为200℃,冷气体进口温度。=5(TC,两股气体的质量流量相同，物性数据可视为相同，若不计热损失时，冷气体出口温度为一r；若热损失为5%时，冷气体出口温度为,c.25or,240rtO4bO5181计算冷凝表面传热系数时，关联式中的At项表示,蒸汽冷凝潜热按―温度取，其余物性数据按温度取。冷凝液膜两侧的温度差蒸汽饱和温度液膜平均x04b05182有一。18mmX2mm的无缝钢管，管内通冷冻盐水，为减少冷量损失，在管外包一热导率2=0.18W/m-K的石棉，保温层外壁与空气表面传热系数a=10W/m-K,原包石棉厚为5mm,现改为8nun,则冷量损失是。A增大B减少C不变D不一定Aria=2/a=0.18/10=0.018mm原厚为5mm时，r=14mm现厚为8mm时，r=17mm两种情况r<2，随r上升，热损失增加.x04b05183有一列管换热器，由38根如5nlmX2.5mm无缝钢管组成。某有机蒸汽在管外冷凝，管内通冷却水，水流速0.5m/s,相应的抬10'及表面传热系数为当水流量减为一半时，表面传热系数改变为aJ,则AaJ=(l/2严aBaJ>(l/2)°'aCaJ<(l/2严aD不一定C当流量减少一倍，流态变为过渡流，a=fa(1/2)V/cl:.a<(1/2)axO4bO5184某列管换热器，管间为饱和水蒸汽冷凝，若饱和蒸汽温度与壁温之差增加一倍时，传热速率将增加为原来的.A2+'倍B2s"倍C2"倍D2”，倍Bq!q=(aAt)/(aAf)=(Ar/Ar)x(A//A/)=2x04b05226某套管换热器，管间用2X10'Pa(绝)的饱和水蒸汽将管内作湍流流动的一定流量的空气由20C加热至80・C,若将管间加热蒸汽压力提高到2.5X10Ta(绝)而其它条件不变，则加热空气流量将为原来的x04b05227某套管换热器，管间用饱和水蒸汽加热管内空气(空气在管内作湍流流动)使空气温度由2(TC升至80-C,现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进、出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的A1.71倍B1.113倍C1.25倍饱和水蒸汽性质为压力/Pa2X1052.5X105温度/℃120.2127.2汽化热/(kj/kg)2204.62185.4Ap=2xlOPaT=120.2CAf=65.7*0P=2.5x10Pa-*T=127.2℃At=73.14*C*.,(mc(t—t))/(mc(t-t))=kAt/(kAt)=a△t/(aAt)=(m/m)x(At)4At)/•(m/m)=At即m/m=1.71/At=73.14/65.7=1.113D0.99倍A1.149倍B1.74倍C2倍D不变Amc(t—t)/(mc(t—t)=KAt/(KA,)=(m/m)x(A/IAt)2剑阐胞浮粒-＞前急口酊恚？:.Z/A,=2=1.149(倍)t04a052281.用无因次准数方程形式表示下列各种传热情况下诸有关参数的关系A无相变对流传热;B无相变时自然对流传热：C无相变时强制对流传热;2.提高操作压强，池内沸腾传热系数变.因为O 81.(1)也=逐相，4,6r)(2)Nu=j(Gr,Pr)(3)Nu=fiKe,Pf)2.大，提高了操作压强即提高了液体的饱和温度，使液体的表面张力和粘度下降.在相同的At下，汽泡的最小半径和脱离直径减小，汽化核心数增多，汽泡脱离壁面的频率增大，沸腾传热增强。t04a05229举出五种间壁式换热器；；；s；。提高间壁式换热器传热系数的主要方法是.板式换热器的优点是，缺点是。夹套式，蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任选五种。提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。板式换热器的优点是：1.结构紧凑，单位体积设备所能提供的传热面积大：2.维修清洗方便.缺点是处理量不大，耐温、耐压性差。tO4bO523O1.估计列管式换热器中金属管壁的温度酊壳程为0.IMPa的饱和水蒸汽冷凝。A管程是平均温度为401c的空气，a约为：B管程是平均温度为4(TC的水，水的表面传热系数为2000W/m'K,基于内面积的总传热系数4=1600W/m2.K,t.约为02.在设计时，欲增大一卧式冷凝器的传热面积，从有利于传热角度看，宜采取的措施为一＞因为.1.(1)100-C(2)88-C2.增加管长。如果采用增加管数的办法，则沿垂直方向管数也增加，冷凝液从上面各排流到卜面各排，液膜逐渐增厚，a降低。tO4bO52311.采用套管式换热器，以水冷却气体，水走内管，气体走环隙，为强化传热，应在内管的一侧装翅片，因为。2.沸腾传热，为了获得较高的传热速率，壁温与溶液沸点之差应取。1.外，气体的对流传热系数远小于水的对流传热系数，即气侧热阻远大于水侧热阻，要强化传热需减小大的热阻，翅片装在内管外侧，即使气侧热面增大，同时由于气体流经翅片时，也加强了扰动，a也有所提高。2.接近临界温度差，而不超过临界温度差。t04b052321.管内湍流传热，流体内温度梯度最大的部分是在,原因是.2.管内对流传热，短管的表面传热系数比长管.因为。1.滞流底层滞流底层的传热机理是导热，流体的导热系数一般比较低，滞流边界层的传热靠流体微团的混合运动，因而滞流底旧的热阻远大于滞流边界层的热阻.2.大，短管时，流体进入管内，边界层来不及发展，平均的边界层厚度较高.t04b05233列管式换热器中，壳程设有折流挡板，当两流体均无相变时，挡板能起强化传热的作用，其原因是(1)流速增大，使壳程a增大；(2)流体大部分横穿流过管束，流道短，边界层来不及发展，因而边界层薄，比顺着管子纵向流动a高：(3)流体在折流挡板间穿行时,流向及流速都在不断变化，增强了人工扰动，强化了传热。tO4bO5234通过一换热器，用饱和水蒸汽加热水，可使水的温度由20.C升高至8(TC,现发现水的出口温度降低了，经检查水的初温与流量均无变化，引起问题可能的原因是传热速率下降引起。根据缶的能分析，可能有几种情况：1.蒸汽压力下降，减小⑵蒸汽侧有不凝气，使冷凝传热系数a大幅度地下降，A减小；3.水侧污垢积累，污垢热阻增大，A减小；4.冷凝水排除器不通畅，有积水现象，使碱小。t04b05235如图所示，为尽量减少A、B两个温度不同的固体表面间的辐射传热，可以采取的措施是在两固体壁面间，平行放,多块黑度较小的遮热板.t04b052361.用冷却水将一定量的热流体由lOO,C冷却到40℃,冷却水初温为15C,在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案I是令冷却水终温为3(TC,方案H是令冷却水终温为35°C,则用水量的他所需传热面积44。2.如图所示，蒸汽在管束外冷凝，(A)、(B)两种排列方式的其它条件均一样，比较它们的冷凝表面传热系数的大小，a.a,,因为_«1.大于，小于2.大于，因为冷凝液从上面各排流到下面各排，液膜逐排增厚，沿垂直方向管数愈多，液膜愈厚。t04b052391.(1)单一饱和蒸汽冷凝时，热阻由决定；(2)含不凝性气体的蒸汽冷凝时，热阻由决定；2.气体在管内强制对流传热时的表面传热系数约为W/m 91.在列管换热器中，蒸汽一般通入程，压力高的物料则走程。3.A、B两种流体在管壳式换热器中进行换热，A为腐蚀性介质，而B无腐蚀性。流体应走管程。L热屏；黑度。2.壳：管。3.A.jO4b10063在一内径为0.25cm的管的轴心位置上，穿一直径为0.005cm的细导线，用以测定气体的热导率.当导线通以0.5安培的电流时，产生的电压降为0.12V/cm。测得导线温度为167C,空心管内壁温度为15(TC。试求:A)充入管内之气体的热导率；B)若导线的黑度为0.8,估计不计入辐射传热所引起的误差。(a)Q/A=rV=/btohiAt/brV=0.5x0.12=0.06W/cmdn=(0.25-0.005)/In(0.25/0.005)=0.0626cmA=(zV)b/(nofnAt)=0.06(0.25-0.005)/2/(nx0.0626x(167-150))=0.0022[W/cm.K]=0.22[W/m.K](b)Q/Z=C0fl(jt 10j04a10069水在-圆形直管内呈强制湍流时，若流量及物性均不变。现将管内径减半，则管内表面传热系数为原来的多少倍？a/of(.ud)/("d)=(4")(2d)/(ud)=(4)x(2)=3.483,根据:AkO.023必Ptu=4ud=\/2d答：管内对流传热系数为原来的3.482倍。w04b10070换热器间壁两侧的表面传热系数分别为a及a,若在金属壁面及垢层热阻不计的情况下，试分析壁温接近哪一侧流体温度？应接近a一侧流体的温度。；Tw=T-q/altw=t+q/a2又Val«a2,致使Tw与T相差较大，而Tw接近于T，且忽略金属壁面及垢层的热阻时,Twktw,即壁温接近于海爻大一侧流体的温度。j04b10071①方型窑炉的炉壁由两层豉砌成，内层为240mm耐火病Cl=0.9W/mK),外层为240mm红破Gl=0.6W/mK),炉膛内壁面温度为700℃,外壁面温度为60C,试求单位面积(m2)的散热速率及两层交界面的温度。②上题中若炉气向壁面的表面传热系数仍为30北/n?K,壁面向外界空气的对流辐射联合传热系数磁为20W/m£K,求炉膛内炉气温度和外界空气温度。⑴Q/A=(tl-t2)/(bl+b2〃2)=(700-60)/(0.24/0.9+0.24/0.6)=960W/m-2t2=tl-(Q/A)(bl/Zl)=700-960(0.24/0.9)=4441⑵炉气向壁面的对流传热量：Q=aA(T-Tw)炉气温度T=Tw+Q/(aA)=700+960/30=732C壁面向外界空气的对流传热量：Q=aA(tw-t):.外界空气温度t=tw-Q/(aA)=60-960/20=121?jO4b10072已知一外径为75mm,内径为55nlm的金属管，输送某一热的物流，此时金属管内表面温度为120-C,外表面温度为115°C,每米管长的散热速率为4545W/m,求该管材的热导率。为减少该管的热损失，外加•层石棉层(热导率为0.15W/m-K)此时石棉层外表面温度为10C,而每米管长的散热速率减少为原来的3.87%,求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度。解：⑴Q/Z=2rt(120-115)/[l/X(ln(75/55))]=4545(1/a)1n(75/55)=2x3.14(120-115)/4545=0.006912=44.9W/mK⑵设外加石棉层厚度为8则：Q'/Z=2x3.14(120-10)/{(l/44.9)[In(75/55)]+(1/0.15)In(75+26)/75)=4545x0.0387=175.9W/m690.8=175.9{0.0069l+(l/O.15)ln[(75+26)/75]}解得：8=30mm(石棉层厚度)⑶设钢管和石棉层接触面间的温度为则：2x3.14(120-t2*)/[(1/45)1n(75/55)]=175.9解得：t/=119.8Tj04a10073100'C的水蒸汽在管壳式换热器的管外冷凝，冷凝潜热为2258.4kJ/kg,总传热系数2039*/»12-1(,传热面积为12.75|112,15,(：的冷却水以2.25*1018/11的流量在管内流过，设总传热温差可以用算术平均值计算，求水蒸汽冷凝量kg/h?Q=6c-Cpc(t2-tl)=KAAtra,Atm=[(100-15)+(100-t2)]/2=(185-t2)/2Q=2.25x10*5x4.18xl0*3x(t2-15)/3600=2039xl2.75x(185-t2)/2t2=23.ir0=2039x12.75x(185-23)/2=2105kWP=2105x3600/2258.4=3356kRhjO4blOO74有一段管径为例08mll1X4mm的蒸汽管道，裸露于气温为20C的环境中，管内通以100C的饱和水蒸汽。测得每米管长的冷凝水量为0.70kg/h,钢的热导率为45W/m-K,蒸汽冷凝潜热为2258kJ/kg,取蒸汽冷凝表面传热系数为10'W/m+K。试计算：A)管外壁温度/B)辐射散热量占总热量损失的百分率，已知管外壁面黑度为0.8。以1m长度为基准Q=Gr=(0.70/3600)x2258x10=439.1W/m(a)Q=KA(ts-tw)l/KA=(l/aA)+(b/>lA)=[l/(10xnx0.l)]+[4/(45xl04n)]=5.9x10tw=ts-Q/(KA)=100-439.1x5.9x10=99.71(b)QR=C0a\w[(Tw/100)-(TO/100)]=5.669x0.8«x0.108([(99.7+273.15)/100][293.15/100]}=184W/m(QR/Q)x100%=(184/439.1)x100%=41.9%jO4b15075某平壁炉炉壁由耐火豉、保温成和建筑矿三种材料组成，相邻材料之间接触密切，各层材料的厚度和热导率依次为A=250mm,2,=1.4W/m-K,&=130mni,^=0.15W/m-K,A=200mm,2,=0.8W/m-K.已测得耐火 11砖与保温砖接触面上的温度&=820匕，保温砖与建筑砖接触面上的温度&=260匕，试求：A)以各种材料层的单位面积计的热阻；B)通过炉壁的热通量g；C)炉壁导热总温差At及其在各材料层的分配AA,Ah,A3(1)耐火砖以单位面积计的热阻为：Rl=bl/21=0.25/1.4=0.179mK/W保温砖以单位面积计的热阻为：R2=b2/A2=0.13/0.15=0.867mK/W建筑砖以单位面积计的热阻为：R3=b3/23=0.2/0.8=0.25mK/W(2)在定态条件下通过各材料的热通量相等，故炉壁的热通量为：q=(tl-t2)/R2=(820-260)/0.867=645.9W/m(3)炉壁导热总温差为：EAt=qER=645.9(0.179+0.867+0.25)=837.IX;Atl=qRl=645.9x0.179=115.6cAt2=qR2=645.9x0.867=560X;At3=qR3=645.9x0.25=161.5"CAt1:At2:At3=Rl:R2:R3=0.179:0.867:0.25=1:4.8:1.4jO4b15078炉壁由绝热砖【和普通破II两层平壁组成■已知，(绝热)=0.2W/m，K,厚6(绝热)=200mm"(普通)=0.7W/mK,普通病外侧壁温G=5(TC,两li专交界面温度&=20(TC,外界空气温度后10C,炉外壁对大气的联合散热系数为10W/m,K。A)求单位面积炉壁热损失0/4;B)假如G,r及联合散热系数不变，两层砖位置互换，热损失(0/4)'如何变化?两成交界面温度&及保温层外侧温度△如何变化？由计算结果得出什么结论？(1)Q/A=10x(50-10)=400W/m(2)Q'/A=Q/A=400W/m(\•平壁)即(t2-t1)/(bl//ll)=(t2-t3)/(b2//l2)=400W/mb2=0.7x(200-50)/400=0.263mQ'/A=(tl-t2')/(62〃)=(t3'-t)/(l/aT)At2,=tl-(Q,62)/(AM=600-400*0.263/0.7=449.7"Ct3'=t+Q'/(AaT)=10+400/10=501;计算结果说明：多层平壁导热只要最内层温度与环境条件没有变化，各层互换位置后热损失及最外侧壁温均没有变化，而层间交界面温度有所改变。jO4b15079某厂一单管程单壳程列管换热器，列管规格为。25nlmX2.5mm,管长6m,管数501根，管程走热气体，流量为5000kg/h,平均比热容3.04kJ/(kg-K),进口温度500"C;壳程走冷气体，流量为4000kg/h,平均比热容3.14kJ/(kg-K),进口温度30C。1.逆流操作时，测得热气体的出口温度为2OO,C,求总传热系数人为多少期/nr'K);2.如采用并流操作，热气体的出口温度有无可能降为20(TC?为什么？[解]Qq,i(TrK)=a2-(trti)4=5000x3.04x(500-200)/(4000x3.14)+30=393X?1.05000/3600x3.04xl0:!(500-200)=l.26x1OH1J=/m«/7=5Olx7txO.025x6=236mAr.=[(500-393)+(200-30)]/2=139X?e0(公fJ=1.26x107(236x139)=38.4W/(m-K)2.因为并流操作时，应有力＞&,由前热衡算知，当冕=200匕时，友=393匕(〉©所以并流操作时，方不可能达到200T。j04b15080在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液,溶液量为1.4kg/s,比热容为2kJ/(kg・K),走内管(规格为您5mmX2.5mm),从150,C冷却至UlOOC。冷却水走套管环隙,从25。升温至6(TC,水的比热容为4.18kJ/(kg-K).1.已知溶液一侧的表面传热系数为U60W/(m；K),冷却水一侧的表面传热系数为930W/(m2-K),忽略管壁和污垢的热阻及热损失,求以传热外表面积为基准的总传热系数饵冷却水的用量(kg/h)。2.计算内管的外表面积和管长。解]1.溶液放热4x2xl0'x(150-100)=1.4xlOsWl/《=d/(ad)+l/a=0.025/(1160x0.02)+1/930=2.15x103£,=464W/(m2,C)冷却水用量备="[c0(&-6)]=1.4x107[4180(60-25)]=0.957kRs=3445k«/h2.At.=[(150-60)-(100-25)]/ln[(150-60)/(100-25)]=82.3rQ=l.4x107(464x82.3)=3.67m27=4/(Jt4)=3.67/(nx0.025)=46.7mjO4blOO81在套管换热器内，用饱和水蒸汽将在内管中作湍流流动的空气加热，设此时的总传热系数近似等于管壁向空气的表面传热系数。今要求空气量增加一倍，而加热蒸汽的温度及空气的进、出口温度仍然不变，问该换热器的长度应增加百分之几？aaxua\/otL-u\/(2u)=(1/2)①VQ=KAAtm且K=aaQ'=2QQla/Q2a=msLCpl(t2-tl)/[C成-ms2'(t2-tD]=msl/ms2'=l/2=KAAtm/K，A'Atm②由②求L/C=K'/2K=a2/2al=l/2x2=0.87倍/'/(/•'-/)x100%=[(L/0.87)-A]/Zx100%=15%即增力口15% 12jO4blOO82热空气在的26mmX9mm的铜管内流过，在铜管的中心上安装一热电偶，以测量空气的温度，热电偶的温度读数。为220,C,铜管内壁面温度A为110匕。求热电偶读数的相对误差。已知热电偶接头的黑度&为0.8,空气向热电偶接头的表面传热系数a为52W/m'K,可按很大的物体2包围物体1处理，取总辐射系数，尸&兄黑体的辐射系数C=5.67W/MK').热辐射：Qa=SaT(ta-t1)=52S(ta-220)QR=SC 13jO4b15088在传热面积为20m2的某换热器中，用温度为20匕，流量为13200kg/h的冷却水冷却进口温度为1KKC的醋酸，两流体逆流流动。换热器刚投入使用时，冷却水出口温度为45C,醋酸出口温度为4(TC,运转一段时间后，冷热流体流量不变，进口温度不变，而冷却水的出口温度降至38,C,试求传热系数K下降的百分率。(水的比热容Cp=4.2kJ/kgt,热损失可忽略)。为强化传热试提出改进操作的合理方案。[解10=(4mCp)(，2-，i)=13200x4.2(45-20)/3600=385kWAfm=(65-2O)/ln(65/2O)=38.2,CK=。/(仙1n)=385/(38.2x20)=0.5039kW/m2'C过一段时间之后：。'=13200x4.2x18/3600=277.2KW9miCp产文7]-7i)=385/(110-40)=5.5&'=qmlCpi=l10-277.2/5.5=59.6'CArm'=[(l10-38)-(59.6-20)]/ln[(l10-38)/(59.6-20)]=54.2'CK=07(X^)=277.2/(20x54.2)=0.2557kW/m2K二(K-K)/Kx100%=(0.5039-0.2557)/0.5039x100%=49.3%改进方案：加大两流体流量j04b20089用-传热面积为3m2由025mmX2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为10,C的水将机油由200℃冷却至100'C,水走管程，油走壳程。已知水和机油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h.其比热容分别为4.18kJ/(kgK)和2OkJ/(kgK);水侧和油侧的表面传热系数分别为2OOOW/(m2K)和250W/(n/K),两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。A)计算说明该换热器是否适用？B)夏天当水的初温达到30匕，而油的流量及冷却程度不变时，该换热器是否适用？如何解决？(假设传热系数不变)(1)4=q^Cpkir-7^)=1200x2x(200-100)=240000kj/hG=q^Cjxktz-t,)Q=Q,6=fi+fl/(<1,-=10+240000/(1000x4.18)=67.41cAr.=(123.6-90)/1n(123.6/90)=105.9°Cl/A；=l/a,+d/(a- 14X10'W/m;K,管壁及两侧污垢的热阻均忽略不计，而且不计热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为10/Y=0.7J/d=2/0.025=80：.a=Q.023(A/cf)/fePr=0.023x(2.85x10/0.02)x23828xO.7=90.2W/mT(2)!/Kl=l/al+ol/(a2-o2)=l/10+25/(90.2x20)=0.013958m"C/W.*.Kl=71.64W/m*C(3)Qx=m2C/fi(12-11)=(8000/3600)x10x(85-20)=1.44x10WAtB=[(l08-20)-(108-85)]/ln[(l08-20)/(108-85)]=48.4'CA1=A,nd{7=300x3.14x0.025x2=47.12mQc=KlAlAtm=71.64x47.12x48.4=1.63x10WQc>Qx满足要求(4)求壁温Tw•.,壁的热阻忽略/.Tw=twQc=alAl(108-Tw)=a2A2[Tw-(85+20)/2)]10x(ndlIn)(108-Tw)=90.2(no2In)(Tw-52.5)10xO.025x(108-Tw)=90.2x0.02(Tw-52.5)Tw=107.6'C即壁温接近外侧蒸汽温度(或a大的一侧流体的温度)j04c20093有一套管换热器，内管为西4mmX2mm,外管为伽16nlmX4mm的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为5（TC,出口温度为8（TC,流量为4000kg/h。环隙为133.3,C的饱和水蒸汽冷凝，其汽化热为2168.1kj/kg,冷凝表面传热系数为11630W/mLKo苯在50C〜80C之间的物性参数平均值为密度片880kg/mJ,比热容4=1.861/1^书，粘度厅0.39X10、Pas热导率2=0.134W/mK,管内壁垢阻为0.000265m'-K/W,管壁及管外侧垢阻不计。试求：A）加热蒸汽消耗量；B）所需的传热面积（以内管外表面计）。C）当苯的流量增加50%,要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？(1)Q=ZJy=WCp(12-11)=4000x1.86(80-50)=223200kj/h%223200/2168.1=103kg/h(2)ob/rfi=54/50<2,K=l/(l/ai+R+l/ao)y=4000/(3600x0.785x0.05x880)=0.643m/sRe=(Q.05x0.643x880)/(0.39x10)=7.25x10>10/¥=1.86x10xO.39x10/0.134=5.41ai=O.023(0.134/0.05)(7.25x10(5.41)=936.3W/mKK=l/(l/936.3+0.000265+1/11630)=704.7W/mA=Q/(KAtm)=223200/(704.7x68.3)=4.637mQ'=1.50=223200x1.5=334800kWK'=1/(1/11630+0.000265+1/1295)=890.3W/mKAtm=(83.3+53.3)/2=68.3"CW'=1.51=1.5x4000=6000kg/hai'=(l.5)0=936.3x1.383=1295W/mKKAtm'=Q'/(AK')=334800/(890.3x4.637)=81.IT;Atm'=[(T-50)+(T-80)]/2=81.IX:/.T=146.IT?jO4b10094有一蒸汽管道，其外径为426mm,长50m。管外复盖一层厚为400mm的保温层，保温材料的热导率义随温度t而变化，其关系为：2=0.5+9X10'tW/mK.现已测得蒸汽管道的外表面温度为15O'C,保温层外表面温度为4(TC,试计算该管道的散热量。本题为IMI筒壁热传导问题。付立叶定律Q=-Z4(d〃dr)=-22仃«d〃dr)Q(dr/r)=—A2n/(dz)边界条件rl=426/2=213mm.rl=I5O*Cr2=213+400=613mm,t2=40'C时稳定热传导61340QS(dr/r)=-2n/I(Md。)213150150=2nlS(0.5+9x10-4t)d/40I613|150分得Q/nr|=2n/(O.5z4-9xlO/2xr2|I213|402(6.418-5.361)=2x3.14x50x[75+4.5x10x22500)-(20+4.5x10x1600)]1.0570=2x3.14x50x64.4=202232=19133Wj04c20095某厂用一套管热交换器，每小时冷凝2000kg甲苯蒸汽，冷凝温度为1KTC,甲苯的汽化潜热为363kJ/kg,其冷凝表面传热系数为14000W/nr：K。冷却水于16℃及5000kg/h的流量进入套管内管（内径为50nlln）作湍流流动，其表面传热系数为1740W/JK。水的比热容可取为4.19kJ/kg-K。忽略壁及垢层的热阻且不计热 15损失。A)试计算冷却水的出口温度及套管管长。B)由于气候变热，冷却水进口温度升为25七，试计算在水流量不改变的情况下，该冷凝器的生产能力的变化率。解：1)由热量衡算得：Q=q&r=q„C„(%—16).•.t*=q"r/(q„CP)+16=2000/3600X363X107(5000/3600X4.19X101)+16=50.65*C®K=l/[(1/1740)+(1/14000)]=1548w/m2.KQ=q”,r=2000/3600X363X10J=2.02X10%At,=110—16=941：,At?=110—50.65=59.35'CAt2/At,=1.58可用算术平均值代替对数平均值At.=(At!+Atz)/2=(94+59.35)/2=76.8"C又()=丛43=K"d1At.管长1=q/(K“dAt.)=2.02X105/(1548X3.14X0.05X76.8)=10.82m(2)水温升高(忽略物性变化)传热面积A=nd1=3.14X0.05X10.8=1.7mJQ'=KAAt；其中Q'=5000/3600X4.19X10：'(tj-25)△t；=[(110-25)+(110-t2')]/2=97.5-0.5t；:.5000/3600X4.19X103(tt*-25)=1548X1.7(97.5-0.5t；),解得匕'=56.4匕At/=110-25=85At/=110-56.4=53.6At；/At/=1.58Q'=5000/3600X4.19X103(56.4-25)=1.83X10、(Q-Q')/Qxl00%==9.4%解法二AL=110-16=94，C,A”=110—50.65=59.35C△t.=(94-59.35)/In(94/59.35)=75.3*CQ=KAAt.=K"d1At。管长1=q/(KndAt.)=2.O2X1O5/(1548X3.14X0.05X75.3)=llm(2)水温升高(忽略物性变化)传热面积人=nd1=3.14X0.05X11=1.73m;Q'=KAAt；其中Q'=5000/3600X4.19XlOlt；-25)△t；=[(110-25)-(110-(110-25);/KA(110-t2r):.t；=56.3℃q/=5000X(56.3-25)X4.19/363=1806.4kg/h(q„-q-')/q.xl00%=9.68%jO4c15096有一列管式换热器，列管由薄壁钢管制成。壳方通入温度为120D的饱和水蒸汽。管内走空气,空气流量为25000kg/h,呈湍流流动，进口温度为30℃,出口温度为8(TC。现将空气流量加大1.5倍，进口温度不变。问此时的换热量为多少？空气比热容c.=1005J/kgK,假设空气的物性保持不变。K-a(空气侧)Q'=Ws'CPKf(1)与⑵得：CPA"Ann)xArm'Q'=a'AAmi=1.5Ws1.5WSCW=1.5=1.5a4Am(2)aAArm'=1.5(1)(Q/Ami)xAnn=1.5(WS1.5△/=(Am'/A/m)/[/n((120-30)/(120-/2'))]/Am)xAr其中A，=8O-3O=5O"CAm'=((120-30)-(120-80))//n((120-30)/(120-80))=61.661;.*.ln[(120-30)/(120-/2')]=♦〃(].5Am)=50/(1.5x61.66)=0.748t2'=77.4T,^t2'=47.4"C.Q'=1.5x2.5x10/3600x1005x47.4=4.96x10Wj04d20097某单程列管换热器，由254根025mmX2.5mm管子组成，壳程用100。饱和水蒸汽加热，使空气从25匕加热到85℃,空气量为8000kg/h,试计算A)换热器的管长为多少？B)若管内气量增加一倍，空气入口温度和饱和水蒸汽温度均不变，求空气出口温度为多少？(设空气的物性不变)空气的物性数据为：密度片1.07kg/m3,粘度厅0.02X10'Pa-s,比热容c,=l.02kJ/kg-K热导率2=0.0285W/m-Ko(A)VQ=KAAtm=KndInAtmQ=8000/3600xl.02x10(85-25)=136x10WAtm=(85-25)/In[(100-25)/(100-85)]=37.3"C08000/[3600xn/4x(0.02)x254]=27.9kg/m.sRe=d.G/gO.02x27.9)/(0.02x10)=27900Pr=Cpfj/A=1.02x10x0.02x10/0.0285=0.72a=0.023x2/t/i(/? 16・•・2x8000/3600x1.02x10(t*-25)=180xKx0.02x2.2x254x(t*-25)/In[(75/(100-1')]即ln[75/(100-l,)]=180x7tx0.02x2.2x254x3600/(2x8000x1.02x10)=1.39475/(100-1')二e=4.03t*=81.4*Cj04b20098有一列管换热器，由。25nlmX2.5mm长为2m的26根钢管组成。用120℃饱和水蒸汽加热某冷液体，该液体走管内，进口温度为25℃,比热容为L76kJ/kg-K,流量为18600kg/h。管外蒸汽的冷凝表面传热系数为LlXlOM/mX,管内对流传热热阻为管外蒸汽冷凝传热热阻的6倍。求冷液体的出口温度。(设换热器的热损失、管壁及两侧污垢热阻均可略去不计)据题意Rsi七Rsog0b/A^Odo/(aidi)=6/ooKo=l/(l/ao+do/(aidi))=l/(l/ao+6/oo)=1.1x10/7=1571.43W/m.KAo=nrtdo/=26x3.14x0.025x2=4.082m71=120'C-T2=120'C(71=72=T)“=25C^2=?C0=Wccpc(/2一〃)=KoAo(T-rl-T+，2)/ln((T-tl)/(T-/2))18600/3600x1760)(/2-/I)=1571.43x4.082(/2-rl)/ln((T-rl)/(T-t2))ln((T-t\)/(T~t2))=1571.43x4.082x3600/(18600x1760)=0.7054/.(六〃)/(T-r2)=2.025120-25=2.025(120-/2):.t2=120-95/2.025=73.08'Cj04b20099在一传热面为30m：的列管式换热器中，用12(TC的饱和蒸汽冷凝将气体从3(TC加热到80C,气体走管内，流量为5000m：'/h,密度为lkg/m：'(均按入口状态计)比热容为IkJ/kgK,估算此换热器的传热系数。若气量减少了50%,估算在加热蒸汽压力和气体入口温度不变的条件下，气体出口温度变为多少？①根据Q=KAAm计算Afln=((120-30)-(120-80))//n(120-30)/(120-80)=61.7"CQ=5000x1/3600x1x1OOOx(80-30)=6.94x10J/sK=6.94x10/(30x61.7)=37.5W/m.K②估算气体出口温度，2:估算气体出口温度变化不大，可以假设气体诸物性不变Q'/Q=(1/2)x5000x1000(t2'-30)/(5000x1000x50)=K'AAtm'/KAx61.7A/m'=((120-30)-(120-12())/ln[(120-30)/(120-t2')]=(t2,-30)//n(90/(120-t2'))因为空气的对流传热系数ai比蒸汽冷凝的传热膜系数小很多，传热系数K接近aiK'/K=«ai'/ai=0.5=0.574(t2‘-30)/(2x50)=0.574x(t2*-30)/[61.7x/n(90/(120-/2))]解得：t2=84.5X2j04b20100有一换热器由幽5mmX2mm钢管组成，管外为常压下的苯饱和蒸汽冷凝，苯的沸点为80,C,管内走冷却水，温度由10.C升高到309。已知，苯的冷凝表面传热系数为600W/m」K,水的表面传热系数为400W/nr'K,钢的热导率为50W/mK,忽略垢层的热阻。求：A)热流体一侧的平均壁温；B)冷流体一侧的平均壁温。已知：Ti弗=80匕，al=600W/m.K,dm=0.023mrl=10'C.r2=3(TC,a2=400W/m.K2=50W/m.K,dl=0.025m,d2=0.021m(1)热流体一侧平均壁温外MV热流体为苯饱和蒸汽冷凝71=T2=/弗=8()C:,可认为热流体一侧7W1=TH2=7W.MArm1=T—TH.M根据Q=alAlAm1=a2A2Ami2=KAlAnn1/K1=l/al+(l/a2)xdl/d2+(bM)xdl/dm=1/600+(1/400)x0.025/0.021+(0.002/50)x0.025/0.023=0.0047:,Kl=213.4W/m.KAH=80-10=70rA/2=80-30=50'CA/m=(AZ1-M2)/ln(A/I/A/2)=(70-50)/ln(70/50)=59.44'CTN.W=T-K/axAm=80-213.4/(600x59,44)=58.9X：(2),钢的导热系数比较大.•.认为冷流体一侧zw1=加2=N.M根据Q=KA1A/m=(]/b)xAx4mxA/M.W设管壁两侧壁温恒定，故Artf.W=TH.M- 17传热速率方程式为：Q=Ko.n.do.L.Atm其中：At»=[(48-16)-(105-91.2)]/In[(48-16)/(105-91.2)]=21.6X20=3840/3600x3.3x10x(91.2-16)=264700WKo=l/(l/ao+ab/05/ai+Ro+Ridb/di)(忽略管壁热阻)Re^di.G//z=[0.033x3840/(3600x^/4x0.033)]/(0.95x10)=43340>10Pr=Cp.p/A=3.3x10x0.95x10/O.56=5.6ai=O.023(〃M)EePr=0.023x(0.56/0.033)x433405.6=3983W/m.℃Ko=l/[1/5000+38/(33x3983)+1/3846+38/(33x3788)]=950W/m.'CA264700=950xrex0.038Zx21.6解得：£=108m108/6=18段jO4bl51O2某厂加热炉为一内衬耐火砖的钢制圆筒，筒外覆盖一层绝热材料，如图示。若钢板的允许工作温度不超过450匕，已知外界大气温度：夏季为40V,冬季为-10℃,大气一侧的表面传热系数a*=10W/m2K:炉内为热气体流动，最高温度为600C,内侧表面传热系数ae=100W/m2K,炉内流道截面直径为1.5米。问：A)此炉壁各层布置是否合理？(用数字说明)B)若要改善钢炉壁的工作条件，从理论上你认为可采取什么措施？(定性说明)各层材料的厚度与热导率数据如下：厚度/m0.250.010.25热导率/(W/mK)耐火病钢板绝热材料0.38450.10由图可得下式4tl=tl-t2=Q/(aijtifi-£)At2=t2-t3=bl-Q/(21-Ami)At3=t3-t4=b2-Q/(A2-Am2)At4=t4-t5=b3-Q/(A3-Am3)At5=t5-t6=Q/(crO-n-450C冬季£A,=600-(TO)=610Ari+Ar2=153.2钢板内壁温t3=600-153.2=446.故原设计钢炉壁温超限.(2)使bt或幻Ioj04bl5103某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5m"的单程列管换热器。用180匕的热废气预热轻油，轻油走管外，其流量为200kg/h,比热容为2kJ/kgC,温度由3(TC升至80匕。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为70C。求：A)换热器的热负荷和传热系数。B)若由于长期运转，轻油在管外结垢，已知污垢热阻为总热阻的10%,试估算在其他条件基本不变的情况下，轻油处理量如何变化？A=2.5m,cp=2kj/kgt△m=((180-80)-(70-30))//n(100/40)=65.5'C(A)0=200x2x(80-30)=20000kj/h2=KAA/mK=20000/(65.5x2.5)=122.2KJ/m.T./f34W/mC(b)由题意A/m,a\,«2不变i/K=l/al+b/lx(dl/dm)+l/a2x(dl/d2)有污垢时：1/K'=Rs1+1/KRs1=0.1/K,故0.9/K'=1/KK'=0.9K故Q'=0.9。，Q'/Q=G'/G：.G'=0.9G=180kg/hj04c20104有一列管换热器，用的液氨蒸发来冷却空气。空气在换热器的簿壁列管内作湍流流动，由40c冷却到-5C,液氨侧的表面传热系数为1880W/m"K,空气侧的表面传热系数为：46.5W/„rK。忽略管壁和污垢热阻.求：A)平均温度差；B)总传热系数；C)若空气流量增加20%,其他条件不变，总传热系数将变为多少？D)为保证空气流量增加后的冷却程度不变，在以后设计换热器时，可采取什么措施？Arm=((40-(-15))-(-5-(-15)))/ln(55/10)=26.4*Cl/K=l/46.5+1/1880K七45.4W/m.K如流量增加20%由于Nu=O.023/fePrdl/al=(G2/G1)：.c&=«1(1.2/1)=1.157x46.5=53.8W/m.K此时I/K2=1/53.8+1/1880K2=52.3W/m.K流量增加后，要求空气的冷却程度不变。G1cpA/l=K1AmiG2cpA/2=K2A/m2其中62=1.261Atml=Atm2则G1/G2=K1A1/K2A2:.Al/A2=1.2x45.4/52.3=1.042故设计换热器时若使面积有4%的裕量，可以保证空气量增加20%后仍达到原定的冷却程度。 18j04b20105一套管换热器，内管尺寸为a3mmX1.5mm,长1.25m,空气流经内管，温度由100,C冷却到30-C.水流经环隙，流速较低。温度由10匕上升到20・c,逆流操作。用孔板流量计测量空气的流量压差为lOOmmlLO,空气的物性数据及流量计算式如下：cp=1005J/kgK,/z=l.725X105[(273.2+r)/273.2]07625Pa-s,2=0.02432+7.7X10s«W/mK,/T=2.329X10V,68akg/s,式中：t-'C»试计算：1.总传热系数及(以外表面为计算基准)2.空气对管壁的表面传热系数a。l.Q=2.329x|OxlOOxl005(100-30)=141.9[W]Ao=nxO.013x1.25=0.05105[m]AmK=141.9/(0.05105x43.28)=64.23[W/m.K]2.m=(100+30)/2=65X：A=0.02432+7.7x10“=1.725x10[(273.2+6.5)/273.2]Pr=1005x2.03x10/(2.933x10)=0.6957=(80-20)/In(80/20)=43.28℃x65=2.933x10=2.03x10[W/m.K][/h.S]Re=dua〃=4dw/(nd2")=4w/("d〃)=4x2,329x10xlOO=1.265x10>10£/d=125>50/(nxO.01x2.03x10)x(0.6957)=115.7[W/m.K]a=0.023x2.933x10/0.01x(1.265x10j04d20106在某一蒸汽冷凝器中，1101c的饱和蒸汽在管外冷凝，蒸汽冷凝表面传热系数其a>=10000W/m:Ko水在管内被加热，管壁向水的表面传热系数a=1000W/m+,冷水进口温度为。=30'C,出口温度金40寸。冷水处于稳定湍流。若蒸汽温度及冷水进口温度不变，而将水用量增加一倍，问蒸汽冷凝量增加为原来的多少倍？热损失可以不计，忽略管壁热阻。原工况：m2C/2(t2-/1)=KAA/m(a)K=1/(1/oZa+1/oK)=l/(l/10+1/10)=909W/m.X：Ann=((T-fl)-(T-/2))//n((T-zl)/(T-r2))=((110-30)-(110-40))//n(80/70)=74.89*C或A/m=(70+80)/2=75"C当冷却水流最增加一倍后：新工况：2m2CF2(，2')=K'AAm'(b)K'=1/(1/渝+l/a水')根据a=c(2"0a水’=t»K(2U/U)=1.74a水K'=l/(l/10+1/(1.74x1()))=1483w/m.rAm'=((110-/1)-(110-/2'))/ln((110-/1)/(110-/2'))(b)/(a)2m2cp2(r2'-H)/m2cp2(/2-/I)=K'A[(110-/1)-(110-/2')]/ln((110-fl)/(110-,2'))/(K4Am)2(/2'-rl)/(,2-/I)=K'/Kx(/2'-t\)//n((110-/1)/(110-12'))/Arm2KAm=(|2-/I)K'/ln((110-fl)/(110-r2'))ln((110-H)/(110-/2'))=(/2)K'/(2KAm)=10x1483/(2x909x75)=0.10876(110-/1)/(110-/2')=e=1.114899r2'=(122.639-80)/1.114899=38.2"C原工况：Q=m2cp2(»2-zl)现工况：Q'=2m2cp2(.12,-tl)Q'/Q=2m2Cp2(t2'-tl)/〔m2Cp2(t2-t2)]=2(38.2-30)/10=1.65即蒸汽冷凝量增加65%j04bl0107在内管为°189mmX10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态空从100℃冷却到6(TC,其平均比热容c路2.38kJ/kg-K,环隙走冷却水，其进出口温度分别为40C和5(TC,平均比热容G«=4.17kJ/kg-K,基于传热外面积的总传热系数后2000W/m：,.K,设其值恒定，忽略热损失。试求：A)冷却水用量：B)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。冷却水用量Whcph(T1-72)=Wccpcc(，2-fl)3500x2.38x(100-60)=Wcx4.17x(50-40)Wc=7990kg/hA硬=(50-20)〃n(50/20)=32.751?A,并=(60T0)〃n(60/10)=27.931;Q=K4Am0=7990x4.17x(50-40)=3.332x10kj/h4逆=3.332x10/[(2000/1000)x32.75x3600]=1.41(m)ndO/=1.413.14x0.18x/=1.41/逆=2.5(m)A并=3.332x10/[(2000/1000)x27.93x3600]=1.66(m)3.14x0.18x/^=1.66:./并=2.93(m)jO4b10108一套管换热器，由必8nlmX3mm和嫂5nlmX2.5mm的钢管组成，两种流体在内管和环隙流过，分别测得表面传热系数为a,和磁，若两流体的流量保持不变，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。求:将内管改为因2nlmX2.51nm后,管内表面传热系数有何变化？(假设流动状态皆为湍流)原内管外径dl=25mm内径d2=25—2.5x2=20mm新内管外径dl'=32mm内径d2'=32—2.5x2=27mm设改用“32x2.5钢管后，内管对流传热系数al'aV/a=(U'/U)/(d2/dl')=(d2/d2')x(d2/d2')=(d2/d2')=(20/27)=0.583 19al'=0.583aj04bl510990'C的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到5(TC,换热器的换热面积为6m,,传热系数e230W/m+K,正丁醇的流量为1930kg/h。冷却介质为18,C水，热损失可以忽略。求：A)冷却水出口温度：B)冷却水消耗量。70C正丁醇G=2.98kJ/kg-K水cP=4.187kJ/kg-KQ=GhCPh(T1-72)=(1930/3600)x2.98x10(90-50)=6.39x10WJ.Ann=g/KA=6.39x10/(230x6)=46.3CA加=((T1-t2)+(72-rl))/2=((90-r2)+(50-18))/2=61-r2/2=46.3:.a=29.4"CQ=Gccpc(/2-H)冷却水消耗量Gc=Q/(cpc(r2-rl))=6.39x10/(4.18x1000x(29.4-18))=1.34kg/s=4.8x10kg/hA1=90-29.4=60.6CA2=50-18=32'CA1/A2=60.6/32=1.89<2故平均温度差采用算术均是可以接受的.jO4blOHO某平面炉壁由绝热砖I和普通砖II组成。已知绝热砖厚度A=200mm,热导率4=0.2W/m-K,普通砖外侧温度右=5(TC,普通砖热导率力=0.7W/m-K,周围大气温度L20C。炉壁外侧对大气的综合表面传热系数ai=20W/m2.K,试问：A)单位面积炉外壁的热损失是多少？B)如果t,=80(TC,求心及也.(1)q=Q!A=a\(r3-f)=aT"3-/)=2Ox(5O-2O)=6OOW/m(2)q=(Al/bl)x(rl-t2)...r2=gbl/Al+rl=-600x0.2/0.2+800=200匕<7=(22/b2)x(/2-13)b2=U2/q)x(r2-t3)=0.7/600x(200-50)=0.175mj04c20111在的7mliiX3mm的蒸汽管(管材的Q=45W/nrK)外壁包了一层25mm厚，热导率九=0.2W/mK的石棉层.蒸汽管的内壁温度为175C,石棉层外表面温度为5(TC,试求每米蒸汽管单位时间所损失的热量。现欲在石棉层外再加一层热导率为0.07W/m-K的氧化镁保温材料，使热损失为原来的一半，设总温度差保持不变，试问此保温材料应多厚？①热损失的计算H=175*Cr3=5(TC2=(/1-/3)2icL/((l/Al)x/n(r2/rl)+(l/A2)xIn(r3/r2)=(170-50)x2x3.14xZ/(l/45x/n((57/2)/((57-6)/2))+1/0.2x/n((57+50)/2)/(57/2))=249.1ZW②温度差不变设厚度为XQ'=02Q'=((At)2nZ)/(l/21xlnr2/rl+1/Mxlnr3/r2+1/羽x]n(r3+x)/r3)=Q/2=(1/2)Atx2nZ/(l/Alxln(r2/rl)+1/22xln(r3/r2)):.1/21lnr2/rl+1/A2lnr3/力+1/23ln(r3+x)/r3=2(1/21lnr2/rl+1/A2lnr3/r2):.1/A3ln(r3-x)/力=1/21lnr2/rl+1/A2lnr3/g1/0.07xln(107/2+x)/(107/2)=l/45xIn(57/2)/((57-6)/2)+1/0.2xln((57+50)/2)/(57/2)x=13.2(mm)jO4b20112在研究污垢对传热的影响时，采用幽8mmX1mm之铜管，水在管内流动，水蒸汽在管外冷凝。传热系数傩很宽的水的流速范围内，对清洁管和污垢管可用如下方程表示：1/仁0.00020+1/(500r“)清洁管\/K=Q.00070+1/(500/*)污垢管式中：人一传热系数，kCal/m^hT;W—水的流速，m/sa=f(『")水的表面传热系数，kCal/m;h℃试求污垢热阻和蒸汽冷凝表面传热系数。已知：铜的热导率/i=330kCal/niht因铜管管壁很薄，内外管径比近似为1则传热系数K的表达式：l/K=l/al+6/2+Rs+1/o2因题给条件，清洁管经验式中的数值0.00020应是管壁及蒸汽冷凝传热热阻，故两方程相减得污垢热阻：Rs=0.00050[m.h.'C/KCAZ]铜的导热系数2=330[KCA〃m.九寸]管壁热阻8/2=0.001/330=0.000003[m.h."C/KCAZ]可以略去不计，故：1/al=0.00020所以蒸汽冷凝传热系数al=1/0.00020=5000[kCal/m.h.r]j04c20113一套管换热器，外管为何3nlmX3.5mm,内管为#7mmX3.5mm的钢管，有效长度为60m。用120C的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油。蒸汽冷凝潜热为2205kJ/kg。已知油的流量为7200kg/h,密度为810kg/m',比热容为2.2kJ/kg-K,粘度为5cP,进口温度为30C,出口温度为80,C。试求：A)蒸汽用量；(不计热损)B)传热系数；C)如油的流量及加热程度不变，加热蒸汽压力不变，现将内管直径改为幽7mmX3.5mm的钢管。求管长为多少？已知蒸汽冷凝表面传热系数为IZOOOW/m?K,管壁及污垢热阻不计，管内油的流动类型为湍流。(1)蒸汽用量。放="7=2205小kj/h 20。吸=w'CP(r出一，入)=7200x2.2x(80-30)=7.92X10KJ/Zn"2放=嬲:.W=7.92x10/2205、359.2KRAr(2)传热系数的计算由。=SAffllAm=((120-30)-(120-80))/ln((120-30)/(120-80))=50/ln(90/40)=6l.66'CKi=Q/AiAm=7.92x10/[60x7tx(50/1000)x61.66]«=1363KJ/Ar.m.X?=378.8(W/m."C)(1)l/Ki=Ai/(aoAo)+l/ai)l/ai=l/Ki-Ai/(aoAo)=l/378.8-50/(12000x57)ai=389.6W/m-C速度增加：原速度4fc4V/(nx0.05)管径变化后〃=4V/GrxO.O4)，〃/代0.05/0.04=1.563原管径rf=0.05m变化后管径d=0.04d/rf=0.04/0.05=0.8ai'=389.38x(〃'/〃)/(,两侧均无垢，内管为因OmmX2nim,长2m的紫铜管。今测得：空气：进口温度20'C,出口温度7(TC,流量30nf'/h(进口状态之值)，粘度1.94乂10^^5(45匕下)。蒸汽：温度110C,冷凝潜热2250kJ/kg,冷凝量0.85kg/h=A)试求该套管换热器向大气散失的热量占蒸汽放出热量的百分数.B)估计管内空气的表面传热系数(W/m+K)C)如空气进口温度不变，流量增到36m'/h(进口状态)，为了维持其出口温度仍为7(TC,需要调节蒸汽压力，问此时蒸汽温度应为多少，方可满足要求？注：①在实验温度范围内，空气的比热容变化很小，可取q=1.005kJ/kg・K②空气可视为理想气体，操作压力可取为101.3kPa,分子量为29。1.0放=011rl=0.85x2250=1912.5(KJ/Ar)以进口状况计的空气密度片(29/22.4)x273/(273+20)=1.205kg/m。吸=(112CP2(t2-t\)=30x1.205x1.005x(70-20)=1816.54(KJ/Ar)：.(。放-Q吸)/。放=。损/0放=(1912.5T816.54)/1912.5=5%2.a\«ao,无垢阻，紫铜管的壁可忽略ai-KiQ=KiAiAnn=aiAiAnn=。吸Am=((110-70)-(110-20))//n(110-70)/(110-20)=61.66匕:.ai=05/(AiArm)=1816.54x10/3600/(kx0.026x2x61.66)=50.1(W/m."C)3.Ui=36/3600/(n/4xO.O26)=18.84(m/s)Re=diUipip=0.026x18.84x1.205/(1.94x10)=3.05x10为湍流:.ai«Ui,又•.•管径不变，:.UIZU2=Vil/Vi2ai1/ai2=(Ui1/Ui2)=(Vil/Vi2)ai2=(Vi2/Vil)ai1=(36/30)x50.1=58.0(W/m.'C)Ann'=Q吸'/(ai2Ai)=36x1.205x1.005x(70-20)/3600/(58.OxnxO.026x2)x1000=64(DArm=(20-70)//n(T-70)/(T-20)=64解之得：T=112.2r为保证操作正常进行，可取蒸汽温度为113Cj04c20115某厂用两台结构完全相同的单程列管换热器(由44根丝5nlmX2.5mm、长2nl的管子构成)，按并联方式预热某种料液。122c饱和蒸汽在两换热器列管外冷凝，料液以等流量在两换热器管内流过。料液的比热容为4.01kJ/kg-K,密度为1000kg/m;当料液总流量为1.56X10记/s时(料液在管内呈湍流流动)，料液由22,C被加热到102C,若蒸汽冷凝表面传热系数为8kW/m：K,管壁及污垢热阻均可忽略不计。试问：A)料液表面传热系数为多少？B)料液总流量与加热条件不变，将两台换热器由并联改为串联使用，料液能否由22C加热到1129。C)两台换热器由并联改为串联后，在料液总流量不变情况下，流经列管的压力降将增加多少倍(湍流时可按2=0.3164/Re。2s考虑)。Q=WCCPc(t2-/I)=1.56x10x1000x4.01x80=500KWSo=2nnd<>/=(2nx0.025x2x44)=13.82m1.A/m=80/n/(122-22)/(122-102)=49.7*CKo=0/(SoAmi)=500/(49.7x13.82)=0.728KW/m.*C由1/K。=1/ao+do/diai即1/0.728=1/8+25/(20ai):*ai=1.0KW/m.T2.将两台换热器串联使用ai'=2ai=1.741KW/m.,CKo'=l/(l/«o+25/(20x1.741))=1.186KW/m.℃So=13.82m由WCP(/2'-/I)=Ko'So'(/2'-rl)//n(122-22)/(122-/2') 21In(100/(122-z2'))=Ko'So/(WCe=2.62解得t2'=II4.7*C>112"C1.由于流经路程增加•倍，管内流速为原来两倍，(Z2/Z1)(jj2/u1)=(1/2)x2x2：.\P2/A/l=(22/ll)(£2/£l)(^/IA)=(Ael/Re2)即AP2=6.73AP1j04c20116有一套管换热器，内管为的4nlmX2mm,外管为例16mmX4mm的钢管。现用120℃的饱和水蒸汽加热苯，将苯由5CTC加热至80.C,苯在内管中以4000kg/h的流量流动，试求：A)加热蒸汽消耗量；B)所需套管的有效长度：C)由于某种原因，加热蒸汽的温度降为UO'C,苯的出口温度将变为多少？(假设a*不变)(在50〜8CTC范围内，苯的物性为：cP=1.86kJ/kg-K,〃=3.9X10"Pas,2=0.145W/m-K,p=880kg/m1,钢的热导率为45W/m-K,12(TC时水蒸汽冷凝潜热r=2205kJ/kg,蒸汽侧表面传热系数a*=10000W/m+K,壁两侧垢层热阻及换热器热损失均可忽略，加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出。)传热量Q=WCCPCAz=4000xl.86x(80-50)1.蒸汽消耗量Wh=4000x1.86x(80-50)/2205=101.2Kg/h2.u=4000/(3600x880x(n/4)x(0.05))=0.643m/sRe=0.05x0.643x880/(3.9x10)=72500Re=72500=7731.6Pr=CP/z/2=l.86x10x3.9x10/0.145=5Pr=1.9。苯=(0.023〃dl)RePr=0.023x0,145/0.05x7731.6x1.9=980W/m.Ta汽=10000W/(m."C)Ko=1/口/流+(b/A)(do/dm)+do/(a苯di)]=l/[l/10000+0.002x54/(45x52)+54/(980x50)]=802W/(m.DA/m=((120-50)+(120-80))/2=55X;Q=WCCPCAr=KArmndo//=4000x1.86x1000x30/(802x55xrtx0.054x3600)=8.29m3.设苯出口温度为fC则Am'=((110-50)+(110-t))/2=85-0.5tQ'=4000x1.86x(t-50)x1000/3600=Kndo/Ann':.4000x1.86x(t-50)x1000/3600=8027tx0.054x8.29(85-0.5t)2067t-103300=95800-563.6t:.t=75.7X?或Ann=((110-50)-(110-t))//n(110-50)/(110-t)=(t-50)//n(60/(110-t))4000x1.86x(t-50)x]000/3600=802nx0.054x8.29x(t-50)//n(60/(110-t))In(60/(110-t))=0.546,解得t=75.21j04cl5117拟设计由烟5nlmX2mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。平均比热容为4187J/kg-K的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h,并由15C加热到100'C。温度为UO'C的饱和水蒸汽在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的表面传热系数a=520W/m、K,蒸汽冷凝时的表面传热系数a=l.16X10%/m'K,不锈钢管的热导率2=17W/nbK,忽略垢层热阻和热损失。试求：A)管程为单程时的列管长度(有效长度，下同)：B)管程为4程时的列管长度(总管数不变，仍为136根)。换热器热负荷：Q=WCCPC(12-/I)=15000/3600x4.186x(100-15)=1.483x10KW1.Ko=l/(l/ao+b/Axdo/dm+do/(aidi))=1/(1/11600+0.002x25/(17x23)+25/(520x21))=1/(2.503x10-3)=399.5W/(m.'C)Ann=(95-10)//n(95/10)=37.8℃S=nndoL=Q/(KAmi)=1.483x10/(399.5x37.8)=98.2mLe=S/(nndo)=98.2/(136x0.025n)=9.20m2.管方改四程时：ai'=4a=1576W/(m.X?)Ko'=1/(1/11600+0.002x25/(17x23)+25/(21x1576))=1031W/(m.C)同理：L'=3.56mj04c20118欲将流量黑=0.35kg/s的苯蒸汽在直立单壳程单管程换热器的壳程先冷凝后冷却。苯蒸汽压力p=101.3kPa,相应的冷凝温度7；=353K,潜热小394kJ/kg.液苯的出口温度工要求低于300K。液苯的平均比热容cm为L8kJ/kgK。换热器内装有龙5mmXL5mm,长2m的无缝钢管38根，钢的热导率2为45W/mK。苯蒸汽在管外冷凝的传热系数由=1.4kW/m?K,液苯在管外的表面传热系数制2=1.2kW/m°K。冷却水走管内，与管外苯逆流，水的入口温度G=293K,出口温度G=300K,平均比热容为4.187kJ/kg・K,密度为1000kg/m,水在管内各处的传热系数a均为：a=1063(l+0.00293tJXzA7da2W/m2K.式中，〃为水的流速，m/s；d为管内径，m；t.为管内进、出口水温的算术平均值，K.如果热损失及污垢热阻均可忽略不计，试问：A)冷却水需用量为多少？B)换热器能否完成苯蒸汽的冷凝、冷却任务？Wc=(Why+WhCPhm-72))/(CPc”2-/I))=[0.35x394+0.35x1.8x(353-300)]/[4.187x(300-293)]=5.84Kg/s设与苯冷凝,冷却交界处对应的水温为ti.=WAy=0.35x394=137.9KWWcCPc(z2-ri)=01 22n=300-137.9x10/(5.84x4187)=294K1.冷凝段：Ann1=((353-294)+(353-300))/2=56*0管内水的平均温度m=(300+293)/2=297KAi=0.785x0.02x38=0.01194mu=Wc/(pcAi)=5.84/[1000xn/4x(0.02)]=0.489m/sai=1063(1+0.00293x297)x0.489/0.02=2453W/(m."C)冷凝段KI=l/(l/«zo+b〃xdo/dm+do/(aidi))=l/[l/1400+0.0025x25/(22.5x45)+25/(20x2453)]=778W/m,"C:.S1=137.9x10/(778x56)=3.165m2.冷却段：Q=5.84x4187x(294-293)=24.45KWA/m2=(59-7)〃n(59/7)=24.49K2=1/(25/(20x2453)+25x0.0025/(22.5x45)+1/1200)=712I/(m.X?)S2=Q2/(K2Am2)=24.45x10/(712x24.4)=1.407tnS=S1+S2=3.165+1.407=4.572tn换热器实际So=0.025x(2-0.1)x38=5.67m>S故可以完成换热任务j04c20119在某列管式换热器中，将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动，饱和水蒸汽在管外冷凝。今因生产任务加大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。原换热器列管数为〃1,管内径为4,管长为而新换热器管数为”2("2=2"|)，管内径为"202=0.54)。试问新换热器管长4为原换热器管长力的几倍。原换热器：。尸WciCpcSTAKAiArml新换热器：。2=乂2cpe)=&&△/.：;A，ml=A，m2%=即：=小(松)心?也:.":!=0.785"&2"|/0.785"2dz2=2"iK0aa==/?e°8x(«°W2Rc=dup/p&/Ki=(2%/%泮/(0.54/4严=2叫O.5.2=2即K2=2Ki：.A2=KtAf/K2=A)/2,/2=(d]/d2)x(”|/"2)/|/2=24x0.5""|/2=/|/2j04c20120某厂用套管换热器每小时冷凝甲苯蒸汽1000kg,冷凝温度为110℃,冷凝潜热为363kJ/kg,冷凝表面传热系数a°=2000W//K,冷却水初温为16C,以2500kg/h的流量进入内管内(的7nlmX3.5mm),作湍流流动，膜系数a,=2160W/nr'.K,水的比热容取为4.19kJ/kg-K,忽略壁阻及污垢热阻。试求：A)冷却水出口温度及管长；B)如在夏季，冷却水入口温度将升至25匕，使换热器传热能力下降，为此建议将水流量增加一倍，那么，该换热器的传热能力能否增加？定量地说明.传热速率式为Wi.Cpi.(t2-tl)=Wo.r或2500x4.19(t2-16)=1000x363解得t2=50.TCAtm=[(110-16)-(110-50.7)]/ln[(110-16)/(l10-50.7)]=75.31cK0=l/[1/2000+57/(50x2160)]=973W/m.C传热速率式为Q=Ko.it.do.ZAtm或1000x363x10/3600=973xnx0.057x75.3Z解L=7.7m若水量增加2倍,且流型为湍流，故a=2x2160=3761W/m.匕Ko'=1/[1/2000+57/(50x3761)]=1245W/m."C新情况下传热速率式为：1000x363=2x2500x4.19(t2'-25)解得t2'=42.3CAtm'=[(110-25)-(110-42.3)]/ln[(110-25)/(110-42.3)]=76*C新情况下传热速率式为：Q'=Ko'.it.do./..Atm'=1245xnx0.057x7.7x76=130500WQ'为新情况下换热器的生产能力。而任务要求换热器的生产能力为：0=1000x363x10/3600=100800<130500W故换热器能完成新情况下的换热任务。j04c20121在列管式换热器中，用饱和水蒸汽将空气由1(TC加热到90C,该换热器由38根姆5mmX2.5mm、长1.5m的铜管构成，空气在管内作湍流流动，其流量为740kg/h,比热容为1.005X10'J/kg・K,饱和水蒸汽在管间冷凝。已知操作条件下的空气表面传热系数为70W/m"C,水蒸汽的冷凝表面传热系数为8000W/nr.K,管壁及垢层热阻可忽略不计。A)试确定所需饱和水蒸汽的温度；B)若将空气量增大25%通过原换热器，在饱和水蒸汽温度及空气进口温度均不变的情况下，空气能加热到多少度？(设在本题条件下空气出口温度有所改变时，其物性参数可视为不变)(A)Q=Wcp(/2-zl)=740/3600x1.005x10x(90-10)=16527WKo=l/[l/«o+ab/( 23整理得ln[(T-tl)/(T-t2')]=Ko'.n.do.LN/{1.25.W.cp)即ln[(124.2-10)/(124.2-t2')]=66.4x^x0.025x1.5x38/(1.25x740x1.005x10/3600)=l.13114.2/(114.2^2*)=e=3.158解得t2'=881cj04c20122某厂在由177根四5nunX2mm,长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内，用132.9匕的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。己知乙烯气体流量为0.6kg/s,进口温度为20'C,在操作条件下的密度为1kg/m3,比热容为1.84kJ/kg-K,表而传热系数为53W/m2-K,饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000W/m+K,可忽略管壁及垢层热阻。A)确定乙烯气体出换热器时的温度；B)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01kgf/cm2,通过换热器的总长度(包括局部阻力当量长度)为5.5m,摩擦系数2=0.04,试确定该换热器最多能允许通过多少kg/s的乙烯气体？C)当乙烯气体流量增加到最大允许量，且要求进出口温度保持不变时，若锅炉能供给该换热器的水蒸汽最高压力为31^3<^(表压)(即7=142.9。)，问此蒸汽能否满足传热要求？(1)Q=WC0(r2-fl)=0.6C?G2-20)2=KAAffi)Ai=nitdiL=177»rx0.021x3=35.012mVai«aoKi=l/(l/al+l/a2)=1/(1/53+1/8000)=52.65W/m.X：则0.6xl.84xl0*3x(/2-20)=52.65x35.014x(/2-20)An(132.9-20)/(132.9r2)ln(112.9/(132.9-t2))=1.668112.9/(132.9-r2)=5.304704.89-5.304r2=112.9：.t2=111.61'C(2)AP=0.01k^f/cm=0.01x9.804x10=9.807x10P&AP=A//dxU2/2xp=0.04x5.5/0.02lxU2/2xl9.807x10=0.04x5.5/0.021xU2/2:.U=13.683m/sW=njt/4diUp=177x0.785x0.021x13.683=0.8389Kg/s(3)Q=WC。62-rl)=0.8389x0.44x4.187x(111.612-20)=141586.85J/s=141.59KJ/sal=53x(0.8389/0.6)0.8=69.3W/m.TK=l/(l/69.3+1/8000)=68.705W/m."CQ=MAnnAm=(111.612-20)//n(142.9-20)/(142.9-111.612)=66.96'Cg=68.705x35.032x66.96=161167.2J/s=161.167KJ/s因高于需耍的。=141.59kj/s,故能满足要求。j04c20123在如图所示的套管换热器中，空气进口温度小=2(TC,出口温度好80匕，空气的质量流量於50kg/h,定性温度下空气的物性参数：2=0.0286W/mK,ju=0.02cP,P厂0.7,p=l.Ikg/m3；内管为由7mmX3.5mm的无缝钢管,长度为2.0m,设饱和水蒸汽的冷凝表面传热系数a°=10'W/nr'.K。忽略管壁及垢层热阻。试求:A)饱和蒸汽的温度7(9)；B)若空气质量流量减少50%,而物性参数不变，则总传热系数K值为多少I.VC^A--2/(uxlO)=0.7x0.0286/(0.02x10)=1(KJ/Kg.k)u=W/[p(jt/4)di]=50/(3600x1.1x0.785x0.05)=6.43(m/s)?R^di-u-p/fpO.05x6.43x1.1/(0.02x10)=1.77x10ai=0.023(〃di)EePr=0.023(0.0286/0.05)(1.77x10)xO.7=28.55(W/mK),.,Z/rfi=40<60Aai^tl+CO.05/2)]ai=0.0756x28.5=30.65(W/mK)Q=Wc-C/x(t2-tl)=(50/3600)x10(80-20)=833WAO=naO-7=3.14x0.057x2=0.358mK0=[a0/(ai.rfi)+l/ 24VmeCPM'/meCPM=K'AAzm'/KAA/mAr'/A/=(K'/K)(A/m'/Am)VK,/K=a/a=(U'/U)=2A//(95-20)=2Ami'/41.85:.At=3.12A/m't2'-/I=3.12x(T-/l-T+t2'yin(T-rl)/(T-f2')=3.12(z2'-/I)//n(T-rl)/(T-/2')In(T-H)/(T-f2')=3.12:.t2'=106.0,C2.略j04c20125在一传热外表面积为90m2的再沸器中，用95°C热水加热某有机液体，使之沸腾以产生一定量的蒸气。有机液体沸点为45°C,已知热水在管程流速为0.5m/s(质量流量为1.26X10%g/h)。出口水温为75℃,再沸器中列管管径为。25mmX2.5mm0A)计算该再沸器在上述操作情况下的传热系数4热水侧表面传热系数a2,沸腾侧表面传热系数a,。B)若管程中热水流速增为1.5m/s,热水入口温度不变，试估算上升蒸气量增大的百分率。(假定热水物性与沸腾侧给热系数可视为不变)以上计算，热水物性：p=970kg/m',“=3.35X10'PaS,c„=4.2kJ/kgK,A=0.677W/m.K,Pr=2.08,污垢热阻：危=他=0.2m*/kW,管壁热阻可忽略不计并不考虑热损失。I.Q=ms1cp1(T1-T2)=1.26x10/3600x4.2x10(95-75)=2.94x]OWArm((95-45)-(75-45))//n(95-45)/(75-45)=20/0.5108=39.15'CKI=Q/AlAm=2.94x10/(39.15x90)=834.4W/m.K又Re=dup/p=0.02x0.5x970/(3.35x10)=2.9x10>10Pr=2.08a2=0.023〃d2xRePr=(0.023x0.677/0.02)x(2.9x104)x⑵08)=3602W/m由l/Kl=l/al+Rs1+Rs2dl/d2+l/a2dl/d2则al=l/(l/Kl-/?s1-Rs2dl/d2-Meli,dl/d2)=1/(1/834.4-2x10-2x10x25/20-1/3602x25/20)=2491W/m.K2.当u'=1.5m/s时，ms1'=ms1xu'/u=1.26x)0xl.5/0.5=3.78x10kg/ha2'/a2=(u'/u)a2'=a2(u'/u)=3602x(1.5/0.5)=8674.7W/m.KKI'=l/[l/al+Rs1+Rs2dl/d2+(l/a2')dl/d2]=1/[1/2491+2x10(1+25/20)+(1/8674.7)x25/20]=1004.5W/m.K而Am'=(T1-72')/ln(71-45)/(72'-45)=(95-72')//n(50/(72'-45))由KI''=ms1'cp1(71-72')1004.5x90x(95-72')/In(50/(72'-45))=3.78x10/3600x4.2x10(95-72')In(50/(72'-45))=0.205:.T2'=85.IX：则md/mG=Q'/Q=ms1'cp1(71-72')/ms1cp2(71-12)=3.78x10x(95-85.7)/(1.26x10x(95-75)=1.4~上升蒸汽增加40%j04c20126有一套管换热器，由内管为西4nlmX2mm,套管为式16nlmX4mm的钢管组成。内管中苯自5(TC被加热至80匕，流量为4000kg/h。环隙中为2at(绝)的饱和水蒸汽冷凝.蒸汽冷凝表面传热系数为10000W/JK。已知：苯在50〜80C之间的物性数据平均值为：p=880kg/m3,c„=1.86kJ/kg℃,A=0.134W/m-K,fi=0.39cP,管内侧污垢热阻用=0.000W-K/W,管壁及管外侧污垢热阻不计。蒸汽温度与压强关系如下表所示压强/at(绝)1.02.03.0温度/℃99.1120133试求：A)管壁对苯的表面传热系数；B)套管的有效长度；C)若加热蒸汽压力降为lat(绝)，问苯出口温度有何变化？应为多少？G/p=[O.05x4000/(3600xjt/4x0.05)]/(0.39x10)=7.2586x10Pr=C/>/A=l.86x10xO.39x10/0.134=5.4«l=0.0232/d(/fe)(Pr)=(0.023x0.134/0.05)x(7.2586x10)x5.4=936.4W/m2.X：(2)Q=4000/3600x1.86x10(80-50)=6.2x10Wl/Kl=l/936.4+1/10000+0.0004:.KI=637.8W/m.'CA/m=((120-50)-(120-80))/ln(120-50)/(120-80)=53.6CAl=C/(K12Vm)=6.2x10/(637.8x53.6)=I.814m/=Al/5d内)=1.814/(itxO.05)=11.55m(3)K不变，A不变，7变为99.1"C,苯的流量及比热均不变。设出口温度为/2',在新条件下，传热速率方程变为4000/3600x1.86x103。2'-50)=637.8x1.814((99.1-50)-(99.1-/2')yin(99.1-50)/(99.1-/2')解得In(99.l-50)/(99.1-/2')=0.5598At2'=71'CjO4c2O127有一套管式换热器，内管为血80mmXlOnun的钢管。用水冷却原油，采用逆流操作，水在内管中流动，冷却水的进口温度为15C,出口温度为55C。原油在环隙中流动，流量为500kg/h,其平均比热容为3.35kJ/kg-K,要求从90℃冷却至40.C。己知水侧的表面传热系数为lOOOW/m'K,油侧的表面传热系数为299W/m2-K（管壁热阻及垢阻忽略不计）。试求：A）总传热系数；B）套管换热器的有效长度：C）所需冷却水用鼠（水的比热容取4.18kJ/kg-K,忽略热损失）；D）在操作中因气温升高，冷却水进口温度变为20匕，问此时会出现什么情况？若仍维持原生产任务，应采取什么措施？说明理由，并计算之。（设变化后的总传热系数人255W/m2-K）.. 25(1)K=ala2/(al+a2)=299x1000/(299+1000)=230W/m.K(2)QI=G1CP1AI=(500/3600)x3.35x(90-40)=23.26kWA/l/A/2<2AAm=(35+25)/2=30CA=Q/(KAm)=23.26/(230x30)=3.37m;•是按平壁计算.•.第管长时，应以dm为准。din=(180+160)/2=170mnil=A/(mitn)=3.37/(3.14x0.17)=6.3m(3)忽略热损失，Q放=。吸=23.26kWGlCPIAT=G2cp24=2=23.26:.G2=Q/cp2A/=23.26/(4.18x(55-15))=0.139K«/s=500kRh(4)Vzlt,水入口端A/1,引起AmI,则QI如流量不变(水)，不能完成原生产任务。若要维持原生产任务，则要加大冷却水流量G2,设提高后为G2'原工况Q=KAAm}Q=Q'C.•生产任务不变)提高水量后的工况Q'=K'A'Arm'两式相除得：Am'=KA/m/K'=230x30/255=27.06'C设A/1/At2<2即Am'可以使用算术平均值Am'=((40-20)+(90-/2'))/2=27.06解得12'=55.9匕(即出口水温上升)VQ=G2'cp2(55.9-20)=23.26AG2'=23.26/(4.18x35.9)=0.155K/s=558Kg/力G2'/G1=558/500=1.12即当冷却水入口温度升至2(TC时，为了完成原生产任务，应将冷却水量:增加至原1.12倍j04c20128在逆流操作的列管换热器中，把氢氧化钠溶液从7(TC冷却到35C,氢氧化钠走管内，流量为1.llkg/s,比热容为3770J/kgK,氢氧化钠对管壁的表面传热系数为930W/m'K。现用15°C的水作为冷却剂，水走管外，流量为1.67kg/s,比热容为4180J/kgK,管壁对水的传热系数为1000W/m,K,(管壁热阻及垢阻略计)，忽略热损失(可近似按平壁处理)。试求：A)冷却剂出口温度及所需传热面积；B)操作中若氢氧化钠及水的初始温度不变，而两流体的流量都增大一倍，则流量增大后的冷、热流体的出口温度变为多大？(假设两流体均为湍流，其物理性质不变，传热温度差可取用算术平均值)。I)e=Glcn(71-T2)=1.11x3770x(70-35)=146464.5W忽略热损失，则Q=G2CF2(/2-H)即146464.5=1.67x4180(t2-15)解得(I=36*CVAzi/A/2<2:.Arai=(34+20)/2=27^V为薄壁园筒，,按平壁近似计算K=aloil/(al+a2)=930x1000/(930+1000)=481.9W/m.K二A=Q/KAffli=146464.5/(481.9x27)=11.3m2)忽略热损失，。吸=。放2Glcpl(71-72')=2G2cp2(/2'-fl)2x1.11x3770(70-72')=2x1.67x4180(/2,-15)得T2，=95-1.67/2，①传热速率方程式：Q=K'AA?m'=2G1CP\(70-T2')其中：K'=1/(l/(2x930)+1/(2x1000)=838W/m.KA=11.3mAnn'=((70-f2')+(72'-15))/2=(55+72'-t2')/2代入原公式：838x11.3x(55+72'-t2')/2=2x1,11x3770x(70-72')得：2.7772'-68.7=/2'②联立方程①与②得：72'=37.3*C(升高了)t2'=34.6'C(冷却水温度下降)j04c20129在某套管式换热器中，每小时将1200kg,比热容为2.2kJ/kg-K的甲流体从120'C冷却到70C,热流体向管壁的表面传热系数a^ZGOW/m—K。乙流体在内管与甲流体呈逆流流动，由20.C被加热到5(TC,平均温度下其粘度为0.72*10「25,比热容为4.184/1<曰1(。内管尺寸为#7mmX3.5mm,管壁向乙流体的表面传热系数a,=880W/m、K,内管两端的压强降Ap。由于任务需要，欲将内管两端压强降调至3Ap,并要求维持原来的冷却任务，问原换热器是否适用？乙流体进口温度仍为20C,忽略热损失及管壁,垢层的热阻。压强降改变后认为两流体的物性常数及摩擦系数均没有变化。传热速率方程为Q=Ko.Ao.Atm其中0=(1200/3600)x2.2x10x(120-70)=36700WAtm=[(120-50)-(70-20)]/ln[(l20-50)/(70-20)]=59.4*CKo=l/[l/ao+ao/( 26热平衡方程Ap改变后：m2'Cp2(t2,-tl)=ralCpl(T2-T1)A成变前：m2Cp2(t2-tl)=mlCp(T2-Tl)(1)m2(Cp2(t2'-tD=m2Cp2(t2-tl)(2)Vm2'/m2=u'/u=(Ap/Ap)=3以上关系代入式(2):31112cp2(t2'-tD=m2C成(l2-tl)3(t2,-20)=50-20t2'=37.3"CAtm'=[(120-37.3)-(70-20)]/ln[(120-37.3)/(70-20)]=651cAo'=36700/214/65=2.64m<3.2m即Ap加大后所需的传热面积小于换热器具有的传热面积，故当Ap加大后换热器能完成传热任务。j04c20130有一套管式换热器，内管为西4mmX2mm、外管为。116mmX4mm的钢管。内管中苯由5（TC被加热至80-C,其流量为4000kg/h。环隙中为2kgf/cm1绝）饱和水蒸汽冷凝，蒸汽冷凝的传热系数为10'W/m“K。已知苯在50〜80C之间的平均物性数据为：p=880kg/m3；c”=0.1856kJ/kgt；A=0.134W/mK；〃=0.39cP。管内侧垢阻怎=0.0004m2K/W,管壁热阻及管外侧垢阻可以忽略不计。加热蒸汽压强与温度的关系如下：压强/（kgf/cm'M绝压）1.02.03.0温度/℃99.1120133汽化潜热/（kj/kg）225922042163试求：A）以管内表面积为准的总传热系数曷=?B）套管的有效长度：C）采用上述套管长度，若加热蒸汽压力增至3kgf/cm：'（绝），问苯的出口温度为多少度？（4值可以近似认为不变）。（1）求管内流体的对流传热系数，以W表示苯的质量流量苯的平均温度为m=（50+80）/2=659Re=dua〃=d-W/（n/4 27•,.Atm*=(l10+65)/2=87,5X：a2"=2a2=2x5040=8775W/m.tKr=l/[l/al+oI/(o2a2)+Rs2.<71/o2]=1/[1/1163+(25/20x8775)+0.00022]=818W/mX：水流量增加后与原情况的传热速率式分别为：Q"=K「.A「.AtnTQ=Kl.Al.Atm水流最增加后的冷却任务与原情况的相同，故Q"=Q,上二式相比并整理得：Al*=KlAtm.A1/(K1*.Atm)=903x75xAl/(818x87.5)=0.95A1即水流量增加后所需的换热面积A”小于换热器具有的面积A,故可以完成原冷却任务.j04c20132在单程列管换热器内，用120。饱和蒸气将流量为8500kg/h的气体从20C加热到60匕，气体在管内以10m/s流动，管子为026mmX1mm的铜管，蒸气冷凝表面传热系数为11630W/m2K,管壁和污垢热阻可不计，试计算：A)传热内表面积；B)如将气体流量增加一倍，气体出口温度为多少？(气体进口温度和气体物性不变)气体物性为：＜%=1.005kJ/kgK,p=\.128kg/m:,.A=l.754X10^/mK.//=1.91X10'Pas.(1)Re=0.024x10x1.128/(1.91x10)=14170Pr=1.91x10xl.005x10/(I.754x10)=1.094ai=0.023xl.754x10/0.024x14170x1.094=36.3W/m.VKi=l/(l/36.3+24/(11630x26))=36.2w/m.'C0=8500x1.005x10x(60-20)=3.417x10kj/h=»94.92KW(Atm=[(l20-20)-(120-60)]/In[(120-20)/(120-60)]=78.3*CAi=94.92x10/(36.2x78.3)=33.5m(2)ai'=aix2=63.2W/m.KK'=1/(1/63.2+24/(26x11630))=62.9W/m.KKi*AiAnn=mCP(t2-t\)62.9x39.5(t2,-20)/In(120-20)/(120-12*)=2x8500x1.005(t21-20)解得t2=55.84*C或令KigaiKi/Ki'=(1/2)=0.575KiAiAnn/(Ki1AiArm*)=mc(r2-t\)/(2mc(2-t\))展开解得2=55.85-C注：本题所用符号与空milh”外文教材同。j04c20133某厂库存有一台列管式换热器，其主要尺寸为：列管规格典8mmX3mm,管长4m,管数127根。欲利用这台换热器，用水蒸汽加热空气。蒸汽走壳程，空气走管程。空气流量为6000标准m'/h,要求自20C加热至10(TC以上。己知：空气侧表面传热系数为58W/m+K；蒸汽侧表面传热系数为UOOOW/m'K；污垢热阻和管壁热阻可以忽略不计；标准状况下，空气密度为1.29kg/m:操作条件下的比热容取1.01kJ/kg-K；蒸汽的有关参数见附表。A)当采用压力为2kgf/cm1绝对)的加热蒸汽时，试核算此台换热器是否能满足要求。B)如果用压力为3kgf/cm。(绝对)的加热蒸汽，利用此台换热器，可以将空气自20,C加热至多少度？蒸汽消耗量为多少kg/h。忽略热损失.附表：饱和水蒸汽表绝对压力/(kgf/cnO温度/1汽化热/(kj/kg)1.099.12260.452.0119.62206.443.0132.92169.18查附表得T=119.6X?r=2206.44KJ/KgA/m=((119.6-20)-(119.6-100)/In(119.6-20)/(119.6-100)=49.2'CQ=WCN=(6000/3600)xl.29x1010x(100-20)=174000Wl/Ko=l/cro+(l/ai)xdo/di=1/11000+(1/58)x38/(38-2x3)=0.0206Ko=48.6W/m.X：需传热外表面积A=Q/KAm=174000/(48.6x49.2)=72.8m库存设备传热外表面积A'=n兀do/=127xjtxO.038x4=60.6m因A' 28蒸汽冷凝量为ml=(Q1+QT)/r蒸汽冷凝量=(1.1x10+1.83x10)/(2236x10)=0.5(Kg)2.Q2=K4A/mA/m=(A/1-A/2)/ln(A/l/M2)=(82-42)/In(120-42)/(120-82)=55.6CC)Ko=。2/AoAnn=1.1x10/(65x55.6)=304.4(W/m."C)Ko=(do/(aridi)+l/ao+Ado/(zldm))-1dm=(do+di)/2=22.5nun:.304.4=(25/(ai20)+1/10000+2.5x10x25/(45x22.5))-1得：ai=400.2W/m.t3.改为二管程，由题设条件得：ai'=(u'/u)ai=(1/2)x400.2=230(W/m.C)Ko'=(25/(230x20)+1/10000+2.5x10x25/(45x22.5))-1=178.7(W/m.X?)Q'=Ko'AoA/m'=m2cp2(/2'-fl)KO,A0(t2'-tl)/]n[(120-tl)/(120-t2')]=ra2-cp2(t2,-tl)ln[(l20-42)/(120-t2')=K0'A0/(m2.Cp2)=l78.7x65x3600/(45x10-3x2.2x10)t2'=68.87*CjO4c2O135某厂在单壳程双管程列管换热器中，用130匕的饱和水蒸汽将乙醇水溶液从25'C加热到80匕，列管换热器由90根的5mmX2.5mm,长3m的钢管所构成，乙醇水溶液处理量为36000kg/h,并在管内流动。饱和水蒸汽在管间冷凝。已知钢的热导率为45W/mK,乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m',粘度为1.2cP,比热容为4.02kJ/kgK,热导率为0.42甲/mK,水蒸汽的冷凝表面传热系数为lO'W/mT,在操作条件下，垢层热阻及热损失可忽略不计，试确定：A)此换热器能否完成生产任务？B)当乙醇水溶液处理量增加20%,在溶液进口温度和饱和水蒸汽温度不变情况下，仍在原换热器中加热乙醇水溶液，则乙醇水溶液的出口温度变为多少(乙醇水溶液的物性可视为不变)？①Q任=Wcp(f2)=36000/3600x4.02x10x(80-25)=2.211x10Wui=Vs/S=36000/(3600x90/2x0.785x0.02x880)=0.8042m/sRei=diuip//f=0.02x0.8042x880/(1.2x10)=11795>10Pri=C%"=4.02x10xl.2xl0/0.42=11.480.7 29:.r=A/a=O.17/3.0=0.0567(m)(2)Q/L=2n(.t-t)/[ln(r/r)/A+l/(ra)]=2x3.14(200-20)/(In(5.67/2.5)/0,17+1/(0.0567x3.0))=105.7W/m(3)Q/L=a(2nr)(r-t)=3.0x(2x3.14)x0.025x(200-20)=84.8W/m(4)有保温层后热损失反而增加，这是因为临界保温层的厚度r=0.0567m是传热量达到最大时的半.径，故无保温层时的热损失要小。j04c20137在一水平放置的套管冷凝器中，用水把72.C的烧蒸汽冷凝成饱和温度下的液体。换热器内管的有效传热长度为4m,直径为025mmX2.5mm。冷水在内管内呈湍流流动，温度从20℃升至35℃。已经测得基于内管外表面积的总传热系数友=600W/m«,且知管内水侧热阻为管外蒸汽侧热阻的2.3倍，试求：A)内管外表面的平均温度B)若管内冷水流量增加一倍，但蒸汽侧冷凝表面传热系数、冷水入口温度均保持不变，则冷水的出口温度为多少度？假设(1)可忽略管壁热阻、垢层热阻及换热器的热损失；(2)管内冷水流量变化前后均为湍流。忽略冷水出口温度变化所引起物性的变化。1.对于稳定传热过程Q=KoSoA/m=aoSo(T-Tli)TH=r-KoAm/aoA/m=(52-37)/In(52/37)=44.1"C由于l/Ko=1/ao+2.3/ao解得ao=1980W/m."C;TH=72-600x44.1/1980=58.6C2.由2.3/(ao)=do/(aidi)解得ai=25x1980/(2.3x20)=1076w/m.T管内流量加倍后有关参数以表示ai'=2ai=1.741x1076=1873w/m.,CKo'=1/(1/1980+25/(20x1873))=853W/m."C改变流量前Wccpc(35-20)=KoSoAm=26460So改变流量后2Wccpc(z2'-20)=853So(，2'-20)/In(72-20)/(72-/2')两式联解得：In(52/(72-/2')=853x15/(44.1x600x2)=0.2418即52/(72-r2')=1.274:,t2'=31.2"Cj04d201381000kg温度为100'C的乙二醇，用一夹套冷却罐冷却，进入夹套的水温为515寸，冷却罐传热面积为2m1传热过程中平均传热系数4=300W/m2K,经过若干5小时后乙二醇温度降至40C,水流量为0.5kg/s,问此时出口水温度为多少？乙二醇从5100,C冷却至40'C所需时间为多少？(水的比热容a尸4.18kJ/kgK,乙二醇平均比热容Cw=2.7kJ/kgK)。忽略热损失。⑴水温:Weep(12-rt)=KS((T-/1)-(T-z2))/In(T-rl)/(T-;2)0.5x4.18x1000x(/2-t\)=300x2x(/2-t\)/In(40-15)/(40-/2)In(40-15)/(4(H2)=300x2/(0.5x4.18x1000)=0.28725/(40-/2)=1.331.33/2=40xl.33-25=28.3t2=21.2CO(2)在difl寸间内变化dT,此时水的出11温度为r-GxC/2dr=WC/1(f-rl)d(>d»=-GC/2dT/(Wcpl(/-zl))=-1000x2.7x1000/(0.5x4.18xl000)xd77(f-15)=-1291.8d77(L15)(3)找出r-r的函数关系：Wlcpl。一，1)=KS((T-rl)-(T-/)/ln(T-/l)/(T-/)ln(T-/l)/(T-f)=KS/W1CPI=300x2/(4180x0.5)=0.283(T-15)/(T-r)=1.33T-15=1.33T-1.33/1.33z=0.33T+15t=0.25T+11.289400=/d0=f-1291.8d77(0.25T-3.72)0100|1000=1291.8xl/0.25x/n(0.257—3.72)||40=1291.8/0.25x/n(0.25x100-3.72)/(0.25x40-3.72)=1291.8/0.25x/n(21.3/6.28)=1291.8/0.25x1.22=6303s=1.75hz04d20139某一管道，包以保温材料后，热损失反而比裸管时增加，这是因为保温后外表面积增加了。试求保温管热损失为最大时的条件，即保温层的临界厚度。假定保温层与外界空气之间的对流-辐射联合传热系数与管子外径无关。设保温层的导热系数为4，裸管外径为D0,裸管外表面温度为“，包了保温层后的外径为D,保温层外表面温度为，2.保温层的厚度为x=(D-DO)/2,管长为L单位时间的热损失q=MRA/=Z1-t2R=x/(Z4m)+i/(«TA)A=7tD£Ao=nDoLAm=(A-Ao)/ln(4/Ao)=(7tDL-nDoL)/ln(kDL/kDoL)=n£(D-Do)/ln(D/Do)・•・/?=(D-Do)(l/A)/2xln(D/Do)/(U(D-Do))+l/(jrDLaT)=l/(2nU)x(lnD-lnDo)+1/(冗LaT)x(l/D)式中Do、n、L、入aT均为定值，则R仅为D的函数，g为最大时R为最小，将R对D进行微分，并令其等于零，则d/?/dD=l/(2jt£A)(l/D)+l/(jtLaT)(-1/D2)=0:D=2〃aT 30此时R最小，即热损失最大，即当保温层满足上式时，热损失最大。再者此时R对D有最小值，可用R的二次导数为正来证明，即d2R/dD2=1/(2jc£2)(-1/D2)-l/(jt£aT)(-2/D)=1/D2x(2/(LitaT)(1/D)-l/(2itLA)将庆2〃aT代入d2R/d龙=l/Z2x[l/(27tZ>l)]=(aT/2/l)[1/(2冠㈤]=aT/(»nU)因aT,/"均为正值，故dRIdD>0即Z»2〃aT时R为最小值.j04b15140有一蒸汽管，尺寸为的0mmX2.5mm,外包有两层绝热材料，每一层厚度都是2.5mm,现有两种保温方法，见图I和II,已知友=5/，请定量判断这两种方法中哪•种方法绝热情况较好(蒸汽管本身的热阻可以忽略不计)。蒸汽管直径D1=0.05m,管一层保温层直径D2=0.10m,第一层保温层直径D3=0.15mDm1=(0.05+0.10)/2=0.075mDm2=(0.10+0.15)/2=0.125m以1米长为基准：:.Am1=nDm1=3.14x0.075Am2=nDm2=3.14x0.125b1=b2=0.025m第一种情况：，小在里层QILIT=Az/(b1/(AlAm1)+b2/(22Am2))=A//(0.025/(/11TtO.075)+0.025/(521n0.125))=Ar/(l/(3Aln)+1/(2521n)=A"(28/(75Rn))=Azx75Zln/28第二种情况：/大的在里层Q'/L2-1=A"(b/(/l2Am1)+b/UlAm2))=Az/(O.025/(5A10.075k)+0.025/(21刘.125))=A//(l/(15nll)+1/(521n))=A"(4/(15?U1)=Azxl5jtll/4:.Q/Q'=A/x7521n/28x4/(A/xl5jtAl)=5/7：.Qr=1.4。二在本题情况下，々卜的材料在里层有利于保温。jO4c2O142在换热器中用水冷却醋酸，传热面积为50nr'，两流体逆流流动。冷却水流量为3.3X10,kg/h,进口温度为2(TC,醋酸的进口温度为n(rc.换热器刚清洗之后，冷却水的出口温度为45。，醋酸的出口温度为4(rc。运转一段时间之后，在冷热两流体的进口温度和流量均不变的情况下，换热器的换热量只达到原来的90机求此时换热器传热面两侧的污垢热阻之和的近似值。水的比热容为4174J/kgK,设两种流体的物性变化不大。因求两侧垢阻的近似值，故可按平壁计算：Q=Ws2CF2(3.3x1073600)x4174x(45-20)=9.56x10Wl/KA=AnnIQAm=((110-45)(40-20))/ln(l10-45)/(40-20)=38.2X?Q'=0.9QWS2C/2“=0.9Ws2CAAt：.Ar'=0.9AZ=0.9(45-20)=22.5'Ct2'=rl+A/'=20+22.5=42.5'CAT*=0.9AT=0.9(110-40)=63"C72'=110-63=47VAm'=((47-20)-(110-42.5))/ln(47-20)/(110-42.5)=44.2'C1/K'4=Arm'IQ：.Rs=1/K'—l/K=A(A/m'/Q'—Afln/Q)=A/Qx(A/m'/0.9—A/m)=50/(9.56x10)x(44.2/0.9-38.2)=5.7x10m.K/Wj04c20143在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气，水和空气的进口温度分别为20,C及n(rc,在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45匕及40'C,使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至389。热损失可以忽略不计。求：A)空气出口温度变为多少？B)总传热系数为原来的多少倍？C)若使冷却水量加大1倍，空气的流量及两流体的进口温度不变，冷热流体的出口温度各变为多少？(水的表面传热系数远比空气的大)D)冷却水流量加大后，换热器的传热速率有什么变化？(1)初期mlCP\(110-40)=m2CPI(45-20)=KAArni一年后mlCPI(110-72')=m2CP2(38-20)=K'AAm'(110-72')/(110-40)=(38-20)/(45-20)解出T2'=59.6"C(2)Affli=((110-45)-(40-20))/ln(65/20)=38.2"CArm'=((110-38)-(59.6-20))/ln(72/39.6)=54.2"C(38-20)/(45-20)=(K'/K)x(54.2/38.2)解出K'/K=0.507(3)原水量：mlCPI(110-59.6)=m2C/2(38-20)=K'Ax54.2=Q'水量加倍：mlCPI(110-72")=2m2C/2(t2"-20)=K"AA/m"=Q"(110-72”)/(110-59.6)=(r2"-20)/(1/2x(38-20)=(K"/K')(1/54.2)((ll0-r2")-(72"-20))/ln(110-/2")/(72"-20)((110-72")-(/2*-20))/(50.4-9)=K*/K'(1/54.2)((110-z2")-(T2"-20))/ln(110-/2")/(72"-20)(110-T2-)/(110-59.6)=2(t2"-20)/(38-20)即t2"=39.6-0.179T2”—(a)VK"/K'=al"/al'=1In(110-/2")/(72"-20)=41.4/54.2=0,764(110-/2")/(72"-20)=2.15110-/2*=2.15(72"-20) 31解出72-=57.5*C—(b)联立式a与式b得：t2"=29.49t2"-20=9/50.4x(110-72")(4)Am*=((110-29.4)-(57.5-20))/ln(80.6/37.5)=56.3X?Q"/Q'=K"4x56.3/(K'Ax54.2)=1.04或Q"/Q'=(110-57.5)/(110-59.6)=1.04或Q''/Q'=2(29.4-20)/(38-20)=1.04z04cl0144搅拌槽内有质量为以比热容为c,、最初温度为G的液体。用蛇管内的蒸汽加热。其进出口温度恒定为传热面积为4,总传热系数为总。设操作过程中总传热系数及液体比热容均可视为恒定值。求：经加热时间后，液体温度&的解析式.(由于搅拌充分，槽内各处流体温度相同)。吸=1^*(3/(，2-fl)/8。放=K4AnnQ吸=。放MxC/J(/2-rl)/0=MAnnA/m=(/2-fl)/ln(Ts-/I)/(Ts-t2)二(M/0)xCAz2-Z1)=KA(12-fl)/ln(Ts-rl)/(7s-fl)，(M/0)xC?=KA/ln(Tsrl)/(Ts-fl)ln(Ts-/I)/(Ts-t2)=W(M/0xC?)(Ts-rl)/(Ts-/2)=e:.fl=Ts-(Ts-/I)/ej04b20145某厂只能用12(TC饱和水蒸汽，通过幽5mmX2.5mm,长3nl的单管程列管式换热器，将列管内的17.2m3/h水溶液从20,C加热到75'C,冷凝水于饱和温度下排出.已知管侧水溶液a=2500W/m2K,壳侧蒸汽a,=10000W/m2K,溶液在管内呈湍流，试问换热器的管数为若干？水溶液密度=1050kg/m;比热容为4.17kJ/kgKo热损失及管壁、垢层热阻均可忽略。检修时发现该换热器有三根管子已坏，拟将坏管堵塞再继续使用，试问此方案是否可行?(通过计算或推导说明)。2=WcAr=17.2x1050/3600x4.17x10x(75-20)=1151x10[W]K0=1/(25/(2500x20)+1/10000)=1666.67[W/m.匕]Ann=(100-45)/ln(100/45)=68.88[X:]4o=1151xl0/(1666.67x68.88)=10.02[m]n=10.02/(itx0.025x3)=42.55«=43[根]ai'=(W)ai=(43/40)x2500=2650[W/m.-C]K'=1/(1.25/2650+1/10000)=1750[W/m.r]A'=nx0.025x3x40=9.425[in]Q'=K'A'A/m=1750x9.425x68.88=1136x10[W]由于Q, 321.设冷水流率为Wc,平均比热为cpc由于Wccpc。2-/I)=KSAmiAzm=02-rl)/ln[(T-H)/(T-/2)]=20/ln(62/42)=51.35:.KS/Wccpc=(/2-tl)/Ann=20/51.35=0.3895冬季操作时，KS/Wccpc不变,设冷水的出口温度为r2'"2'-15)/Ann'=ln(9015)/(90-/2')=KS/(WCCPc)=0.3895即75/(90-r2')=e=1.476解得t2'=39.2T令夏天蒸汽的冷凝量为临，冬天为We',则Wh'=(/2'-rl')/(/2-/I)xWh=(39.2-15)/(48-28)xWh=1.21Wh即冬天蒸汽冷凝量增加21%。2.在其它条件不变的条件下，水平放置时ao增大，K提高，使得蒸汽冷凝量将增加。j04c20148在一列管换热器内，用IIO-C的饱和水蒸汽加热管内湍流流动(相＞10")的空气，空气温度从30C升至45匕。若将空气流量增加一倍，试求此时空气的出口温度，并求加热蒸汽用量需增加为原来的几倍。计算时可忽略热损失、壁阻、垢阻、冷凝蒸汽侧热阻，且可忽略因空气出口温度变化所引起的物性变化。0=Wcp(f2-rl)=KiSi(.12-rl)/In(80/65)Wcp=4.816KiSi(1)由题给条件：Ki=«al新工况下ai'=20.8ai=1.74ai即Ki'=1.741Ki2Wcp=1.741KiSi/In(80/(110-/2')(2)联解方程⑴、(2)得：In(80/(110-/2')=1.741/(2x4.816)=0.1808t2'=43.22X：由于Q'/Q=2x(43.22-30)/(45-30)=1.763VQ=WhrWh'=1.763Whj04c20149在单管程列管式换热器内，用13(TC的饱和水蒸汽将某溶液由20℃加热到6(TC,单管程列管换热器由100根烟5nlmX2.5mm、长3m的钢管构成，溶液以每小时100m'的流量在管内流过，蒸汽在管外冷凝。已知在操作条件下溶液的密度为1200kg/m:粘度为0.955cP,比热容为3.3kJ/kgK,热导率为0.465W/mK,管壁热阻、垢层热阻和热损失均可忽略不计。试求：A)传热系数为多少(以外表面积为基准进行计算)？B)溶液和蒸汽冷凝表面传热系数各为多少？C)若溶液的质量流量增加到/，//q=£,ai(g.为溶液原来的质量流量)，在其它条件不变的情况下，请通过推导说明此换热器有否满足要求(蒸汽冷凝表面传热系数可视为与B)计算值相同)？己知饱和蒸汽温度T=130C溶液温度为tl=20匕t2=60X?溶液密度p=1200kg/m3,溶液比热cp=3.3kj/kg.C溶液导热系数2=0.465W/m.匕，溶液粘度“=0.955x10Pa.s溶液量V=100mth列管换热器n=100根，di=0.02m,do=0.025m£=3m则：Ui=100/(3600x100x0.785x0.02)=0.8846m/s(1)Ao=njcdoL=100x3.14x0.025x3=23.55mQ=WCPG2-tl)=100x1200x3.3x10x(60-20)=1.584x10J/h=4.4x10WAzra=(A"-A/2)/In(Afi/A/2)=(110-70)/In(110/70)=88.5*CK。=Q/(AoAm)=4.4x10/(23.55x88.5)=2111W/m.'C(2)Rei=di=0.02x0.8846x1200/(0.955x10=2.223x10>10Pr=CP〃"=3.3x10x0.955x10/0.465=6.777>0.7PrUdo=3/0.02=150>50流体被加热则ai=0.023A/diRe=3453W/m.*Cao=8953W/m.℃=0.023x0.465/0.02x(2.223x10)6.7771/Ko=do/(aidi)+1/ao1/ao=1/2111-0.025/(3453x0.02)=1.117x10(3)如W增至VW*=EWQ=NC&t,而此时Q'=EWCA/=EG又l/Ko=l/ao+l/aix(do/di)(A)ao00(p)，即ai—Wai*=(E)ai1/Ko'=1/ao4-do/dixl/(Eai)(B)(A)-rE得l/(KoE)=l/(aoE)+l/(aiE)xdo/di1/Ko'>l/(KoE):.Ko* 33(5)式可写成W2cp2dz=LAW2cp2(l，1)+Al].K.it.D.dl则KxnDd/=W2cp2d〃(AW2cp2(r/1)+Al)积分，得Kn.ZZ/=(l/A)xln(AW2cp2(rrt)+Al)/Al即AW2cp2(r/1)/Al=exp(AnDKZ)-1:.t=t\+[exp(AitDK/)-l]Al/(AW2CP2)wO4blO151现拟做传热实验，以饱和水蒸汽加热空气，冷凝水在饱和蒸汽温度下排除。采用套管换热器，试问：⑴如何确定流程、流向—：(2)写出以a表示的传热速率方程(3)若要测定他，应测定哪些参数——；(4)测得4值后，如何定性考查旗对否？(5)现要提高碓，应该采取什么措施最方便？为什么？\lz)")\lz)2345IzvM-zl-zl..(饱和水蒸汽走环隙，空气走管程，可为逆流也可为并流.Q=aiAiA/mIA/2=/w2-t2Azi=zw1-zlArmi=(A/2-A/l)/In(Ar2/Azi)测定饱和水蒸汽温度r、八、f2和ms1或ms2所测K值应与空气的对流传热系数数量级相当，在1个数量级范围内。设法提高管内空气的流速最方便此时K-ai，而ai-UwO4b10152有一套管换热器，如下图所示，传热管为紫铜管，管内走冷流体，管外走热流体，此装置原来用于测量传热管内壁面与冷流体的表面传热系数a。试问：A)为使此装置也能测定热流体向传热管外壁面的表面传热系数出，该怎么办？B)测定圆，需测取哪些数据？为什么？(1)应按装测热流体进、出口温度71、72的热电偶即可测定ao⑵Q=QC=WCCPc(/2-zl)Q=aoAo(TmF)7m=(71+72)/2Ao=DonL：.ao=Q/(Ao(Tm-TH))所以需测取的数据彳j冷流体流量Wc,冷流体进、出口温度tht2,内管外侧壁温度Tw,热流体进、出口温度n,72,同管外径D。，有效长度心wO4b10153现场有一列管式加热器，管程有四X而im钢管〃根，每根长/米，内通水.壳程为压力等于A(绝)的饱和水蒸汽冷凝。今欲实测此换热器传热系数的试问：A)需要测取哪些数据？并在图上标出主要测试点及所用仪表。B)根据测得的数据列出计算制宜的有关公式及计算方法。1.需要测水的进、出口温度tl,t2,使用用温度计测量；需要加热蒸汽温度，使用热电偶测量，需要测水的流量，使用转子流量计测量。2.Q=(l^cp水“2-rl)=pV水cp水"2-tl)换热器面积A0=nndO/平均推动力A加=(Arl-Az2)Zin(Ari/A/2)At2=T-tlAtl=T-t2基于外表面的总传热系数KO=Q/(A0Ann)=pV水cp水(，2-rl)/[nndo/x(Afl-A/2)/In(Ari/A/2]w04al0154在传热实验中，试分析说明饱和水蒸汽与管壁间的对流换热系数(a)如何确定的？并指出相应测试的基本参量有哪些？q=asAo(Ts-憎)=GC尸(r2-t\):.as=GCP(t2-fl)/[(Ts-州)A]即需测参量：空气流量G；空气进、出口温度“2、tl)，饱和蒸汽压力，然后查出饱和蒸汽温度Ts；管壁温(憎)w04al0155冷、热两种流体通过两台单程列管换热器进行换热，热流体走管程，冷流体走壳程，画一个管程并联，壳程串联，均为逆流操作的流程图。j04bl0156在套管换热器中，用冷水冷凝苯蒸汽。冷水在管内作湍流流动。欲通过实验方法测定苯蒸汽在管外冷凝时的表面传热系数及水在管内的衣面传热系数，设苯的凝液在蒸汽的饱和温度下排出.试问：A)需要哪些测定仪器？B)需要测定哪些数据？C)写出求得a*、a上的步骤，并注明计算式中各符号的意义及单位。a*为苯蒸汽冷凝表面传热系数，a★(管壁向水的表面传热系数)。解：(1)主要议器：水银温度计、热电偶温度计、流量计。(2)温度：苯蒸汽温度TIP)水进、出口温度tl,t2(C)内管内、外表面平均温度，即在内管内侧与外侧分别测若干处的壁温，然后取其平均值rwm及八M,CC)流量：水量W'l,kg/h尺寸：内管内、外直径及有效长度(3)计算步骤：a苯=Q/(Ao(T—TWM))Q=W1cp(/2-/I)A=ndoIa水=Q/(Ai(W-nrn))(W/n.-C)wO4ao5034①一厚度相等的双层平壁，其热导率为>为。试定性画出其温度分布图，为什么？(稳定传热)②如图所示，套管式换热器的冷、热流体进、出口温度，试画出冷、热流体温度沿换热面积变化关系曲线。①根据俘立叶定律；q=2 34认为仪器热、冷面与平板之间接触良好没有间隙，此时所计算的平板热导率为若实际上仪器热、冷面与平板间因接触不好，分别出现6'的空隙，则实际热导率2比4(A)大，(B)小，(C)相等，(D)不一定.为什么？(A)2=Qb/(Aa-t))①A=b/(/4(z-t)/Q~2b/2)②比较6、②知A>AjO4a10186某列管换热器，管间通饱和水蒸汽，可将一定流量作湍流流动的空气加热至指定温度，若须进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍(管长、管数、流态及其它条件均不变)，你认为此措施是(A)不可行的；(B)可行的；(C)可能行，也可能不行。(A)原因是：流量不变d11=常数当管径增加时①u^l/d,axu/d=l/d②d增加A增加A8d综合以上结果，aA^MA,管径增加凶减少根据mc(t—t)=KiAiAr=aAi(t—t)/ln(tw—/)/(tw—t)aAI则(tw-，)/(tw-z)I:.tIj04bl5187在一列管换热器内，用11(TC的饱和水蒸汽加热管内湍流流动的空气，使其从3(TC升至45C,若将空气的流量增加一倍而入口温度不变，试求加热蒸汽用量为原用量的倍数。忽略管壁热阻、垢层热阻及热损失，并忽略因空气出口温度变化所引起的物性变化。原条件下：Q=rD=KAA，=wcAz(I)A/=(65+80)/2=72.5"CK气，空气流量增加一倍时Q=rD=KAAr=2wc(Mil，-30)(2)K气，a^,/a气，=(u/u)=2=1.741Ar,=((110-30)4-(110-zlll,))/2=95-/||),/2(1)/(2)：KAM,/(KAM,)=wcM/(2wc(Z|||,-30))72.5/(1.741x(95-川|,/2))=15/(2x(川I,-30))解得：=43.2。所以加热蒸汽用量增加倍数：D/D=2Wc(43.2-30)/(Wcxl5)=1.76j04bl0188水在p=3.3MPa下沸腾，通过单位壁面的传热速率为g=1.75X10中/m,求以下两种情况的壁面温度.1.壁面很清净,沸腾表面传热系数为3X10"表'K.2.壁面复盖一层氧化膜，热阻为7.75*10*1)1区/%由于该氧化膜表面粗糙，使沸腾传热系数增大为清净面的2.5倍。在〃=3.3MPa下，水的沸点为239.2匕。1.清净壁面/-t=g/a=1.75x10/(3xl0)=5.83T?t=239.2+5.83-245。2.复盖有氧化层t-t=q/[i/(\/a+??)]=1.75x10/(1/[1/(2.5x3x10)+7.75x|0])=1.75x10/(1.1x10)=15.9'Ct=239.2+15.9-255'Cj04bl0189血20mmX5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料，其热导率为0.07W/mK。设蒸汽管的内壁温度为110℃,管壁热导率为45W/mK。要求保温层外壁温度不超过20C,每米蒸汽管的热损失控制在60W以下，试计算保温层的最小厚度.按多层圆筒导热q=(/—/)/(/n(rlr)/(2nA)+/n(rlr)/(2nX))将r=0.06m,r=0.055m,r=0.06+AA.=0.07w/m-K,2=45w/m-K.q=60w/mt=no,c,t=2(rc代入上式60=(110-20)/(In(0.06/0.055)/(2nx45)+ln(r/0.06)/(2nx0.07))=90/(0.0003l+(lnr+2.813)/0.4398)解得r=0.116m,A=0.116—0.06=0.056m=56mm注：本题可简化不计管壁热阻.j04bl5190流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程通过，温度由150*C降至80C；壳程冷却用软水，进口温度为15C,出口温度为65D,与气体作逆流流动。两者均处于湍流。已知气体侧的表面传热系数远小于冷却水侧的表面传热系数。试求：1.冷却水用量；2.如进口水温上升为2(TC,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度，此时出口水温将为多少度？冷却水用量为多少？管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计。气体的平均比热容为1.02kJ/kgK,水的比热容为4.17kJ/kgK,不计温度变化对比热容的影响。(1)冷却水用量。=2000x1.02(150-80)=W0x4.17(65-15)=14.3x10KJ/hW0=14.3xlO/(4.17x(65-15))=685Kg/h(2)由题知«zi«ao:.原情况Q=Ki.Ai.Atm=ai.Ai.Atm(1)新情况Q'=Ki'.Ai'.Atm'=ai'.Ai'.Atm'(2)因气体的冷却任务没有变化Q二Q'气体的流量及管子尺寸没有变化ai=ai'两种情况都用同一设备Ai=Ai* 35比较式1及式2得：Atm=Atm'原情况Al=150-65=85*CA2=80-15=65"CAl/A2=85/65=1.3<2Atm=(85+65)/2=75-0新情况Al=150-t2'A2'=80-20=60*CAtm'=【(150-t2')+60]/2=75t解得t2'=60"CAl，=150-60=90，CAl'/A2'=90/60=1.5故Atm'用算术平均值计算是可以的.新情况的热衡算：Wx4.17x(60-20)=2000x1.02x(150-80)『=856kg/〃即将水鼠调至856kg〃z,水的出口t2'既符合热衡算关系也符合传热速率关系.j04bl5191在并流换热器中，用水冷却油。换热管长1.5m。水的进出口温度为15'C和4(TC；油的进出口温度为120匕和90℃.如油和水的流量及进口温度不变，需要将油的出口温度降至70'C,则换热器的换热管应增长为多少米才可达到要求？(不计热损失及温度变化对物性的影响)由热量衡算GC(T-T)=GC(t-t)按题意在两种情况下：G,C,r和G,C，，不变故得(GC)/(GC)="-z)/(r-T)=(/-t)/(T-T)=(40-15)/(120-90)=(f-15)/(120-70)t=56.7'C由Q=KAAz现K不变而加=((120-15)-(90-40))//n(120-15)/(90-40)=74.1rA/=((120-15)-(70-56.7))/Zn(120-15)/(70-56.7)=44.410故Q/Q=GC(T-T)/(GC(T-T))=LZ!(LAz),即(120-90)7(120-70)=1.5x74.1/(£x44.4)得L=4.17m。j04bl5192某厂精储塔顶，采用列管式冷凝器，共有025mmX2.5mni的管子60根,管长为2m,蒸汽走管间，冷却水走管内，水的流速为hn/s。进、出口温度分别为20℃和60℃,在定性温度下水的物性数据为：p=992.2k/m3,2=0.6338W/m.K,^=0.000656Pas,?r=4.31o1.求管内水的表面传热系数；2.如使总管数减为50根，水量和水的物性视为不变，此时管内水的表面传热系数又为多大？已知：小25x2.5(mm)n=60根/=2(m)u=l(m/s)t=20℃t=60C求：(l)a=?(2)n=50根a=?解：Re=d0^=0.02x1x992.2/0.000656=30250>100000.6 36=I05/1.5=69.8KQ=wc(420-370)=KondIMQ=wc(420-350)=Ko冗d/Ar'油、水的流氧物性常数及管径均不变，故Ko=Ko'两式相比得(420-370)/(420-350)=(///)x(A//&)/=70/50x92.5/69.8xI=1.855mj04b20194有一单程列管式冷凝器，安有。25nlmX2.5mm,长2m的钢管60根。水蒸汽在管间冷凝，冷凝温度为100C。冷却水走管内，流量为50m'/h,其进、出温度分别为20℃和40℃,试计算此冷凝器的总传热系数4值。在保持原来冷凝量的前提下，为节约水，要求冷却水量减少一半。今拟将水侧由单程改为3程。设管壁两侧的污垢热阻及管外蒸汽冷凝热阻均忽略不计，换热器热损失不计，试通过计算说明该方案从传热原理上是否可行。计算中取水的平均物性为：cP=4.187kJ/kg.K,p=996kg/m3,粘度〃=lcP。Q=cw(r—t)=4.187x50x996/3600x(40-20)=1.1584x10KwQ=KAA/A=nx0.02x2x60=7.54mA/=70℃:.K=Q(AAf)=1.1584x10/(7.54x70)=2194.8w/m'Cu=50/3600/(60xn/4x0.02)=0.737m/sRe=0.02x0.737x996/(Ix10)=14685>10000a^Re«u；Vl/K«\!a.'.K=aala=1/(3/2):.a=3036w/m・CVK8aA/=60℃Q=KAAr水量减半时水的出口温度上升至t2'cw(f-r)=cw/2x(r-/)t=2(40-20)4-20=60℃A/=((100-20)-(100-60)//n80/40=57.7℃Q=3036x7.54x57.7=1321x10w>Q故以上措施可行。j04bl5195某套管换热器内管为尚OmmX3mm铜管，外管为幽8nlmX3mm钢管，长2m,管间通110℃饱和水蒸汽加热管内空气，使空气温度由20℃加热至80C,已知空气流量为50kg/h,周围环境温度为20C,试求：(1)空气侧表面传热系数：(2)套管裸露时的蒸汽用量(kg/h)。空气比热容可取L005kJ/kgK。换热器外侧壳壁对周围空气的表面传热系数：or=9.4+0.052(r,-tB)W/m2K式中：禽一换热器外壳温度，℃。一周围空气的温度，℃;饱和蒸汽汽化热可取r=2232.4kJ/kg(1)a-K=Q/(4Az)0=mc(t-t)=50x1.005x(80-20)=3O15KJ/h=837.5wA=nd/=nxO.O25x2=0.151mM=(80-20)//n(90/30)=54.6*Ca=837.5/(0.151x54.6)=101.6w/m-K(2)t5=II(TCa=9.44-0.052(/—/)=9.44-0.052(110-20)=14.1w/mK热损失0=aA(/—r)=14.1(71x0.048x2)(110-20)=383w蒸汽放热。=Q+Q=383+837.5=1220.5w蒸汽用量W=Q/r=|220.5x3600/2232.4=2Kg/hj04b20196有一套管换热器由而7nunX3.5mm与的9mmX4.5nlm钢管组成，5000kg/h的甲醇在内管中流动，其温度由60c冷却至30C,甲醇对内管壁的表面传热系数为a=1500117/1(,冷却水在环隙内流动，其进、出口温度分别为20c和35C,甲醇和冷却水逆流操作，忽略热损失及垢层热阻，试求：(1)冷却水用量(kg/h)(2)所需套管长度。甲醇物性数据为：cPi=2.6kJ/kgK,冷却水物性数据为：c^=4.18kJ/kgK,p=996.3kg/m\l2=0.603W/mK,〃=0.845X10、Pa.S,钢热导率：A=45W/mKo 37(A)冷却水用量由热衡算式求得,即：m2x4.18x10x(35-20)=(5000/3600)x2.6x10x(60-30)=108360W解得：m2=l.729心/s=6220kR力(B)用传热速率公式计算管长£Q二Ko.Ao.Atm=KoK.do.L.Atm其中Atm=[(60-35)/(30-20)]/In[(60-35)/(30-20)]=16.4℃④=6220/[3600x996.3xn/4x(0.08-0.057)]=0.7m/sd?=0.08-0.057=0.023m府=0.023x0.7x996.3/(0.845x10)=18980/Y=4.18x10x0.845x10/0.603=5.9ao=0.023x(0.603/0.023)x18980x5.9=3250W/m.CKo=l/[1/3250+0.0035x57/(53.5x45)+57/(50x1500)]=869W/m.*CZ-Q/(Ko.7t.do.Atm)-108300/(869x^x0.057x16.9)=41.2mj04bl0197有一套管换热器长10m,管间用饱和蒸汽加热，空气在一定流量下由管内流过，温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一倍，并近似认为加热面壁温不变，问套管加热器须加长几米，气体出口温度可达到原指定温度？假定空气在管内流动处于湍流状态。a»aa0cu；・Kocw现：Q=2Wc原：Q=Wc(t即：2=2Vr及tl,t2不变，:.Z不变 Az(/—t)=2 38(2)管数由50-60u=u(50/60)=0.833m/sa=a(u/u)=4585(0.833)=3960W/m-Kal-KI在A和Ar不变时，QI:.不合用。j04b15201有一台套管换热器，内管为因8mmX2.5nun钢管，外管为的7mmX3mm钢管，换热管总长36m,逆流操作，管内走水，将管间4200kg/h的苯液从65D冷却到35匕，水温从25C升到35匕，现己知苯侧表面传热系数为2030W/tfK,水侧表面传热系数为6610W/m：K,苯侧垢层热阻为0.18m?K/kW,苯液比热容c“=1.80kJ/kgK,钢热导率2=45W/mK.试计算:(1)该换热器传热系数4(2)水侧垢层热阻心。解：(1)Q=mQ(T|-")=(4200/3600)x1.8x1000x(65-35)=63000WA尸"=3.14x0.038x36=4.295mzV.=(A/i—A/2)//n(A/i/A；：i)=((65—35)—(35—25))//n(30/10)=18.2℃4=Q/(A&J=63000/(4.295xl8.2)=805.95W/m-K(2)/?si=l/A；-(l/a)+6Al/(/UJ+Rr+AJ(a,A.))=1/805.95-(1/2030+0.0025x38/(45x35.5)+0.18/1000+38/(6610x33))=0.000334m-K/Wj04b20202采用传热面积为4.48m，单程管壳式换热器，进行溶剂和某水溶液间的换热。流量为3600kg/h,比热容为1.88kJ/kg.C的苯，801C冷却至303水溶液由2(TC被加热到303忽略热损失。试求：(1)传热系数((2)因前工段的生产情况有变动，水熔液进口温度降到10C,但由于工艺的需要，出口温度不能低于30匕。若两流体的流量及苯的进口温度不变，原换热器是否能保证水溶液的出口温度不低于30匕？两种情况下两流体的物性常数可视为不变。⑴由Q=K.AAtm式求K其中：Q=ml.Cpl(Tl-T2)=3600/3600xl.88xl0(80-50)=56400WZ=(Ar-Ar)//n(Az/Ar)=[(80-30)-(50-20)]//n[(80-30)/(50-20)1=39.2'CA56400=Kx4.48x39.2解得K=321W/m.T(2)验证换热器是否合用方法'：根据题的要求取t2=3(TC,用热衡算求出相应的T2'.再求出完成新条件下所需的传热面积A',然后与换热器具有的传热面积相比.原情况的热衡算式为：ml.Cpl(Tl-T2)=m2.Cp2(t2-tl)或3600/3600X1.88x10(80-50)=m2.cp2(30-20)解得：m2.Cp2=5640W/*C新情况的热衡算式为:ml.Cpl(T1-T2')=m2.cfi..(t2-tl*)3600/3600x1.88x10(80-T2')=5640(30-10)解得：T2'=201c即苯的出口温度为20'C时，水溶液出口温度为30C,正合乎要求.此情况下所需的传热面积A'由传热速率式求得，即：Q'=K'.A'.Atm'其中Q'=3600/3600x1.88x10(80-20)=112800WAtm'=[(80-30)-(20-10)]/In[(80-30)/(20-10)]=24.9'C两种情况卜两流体的流量及有变化,物性常数不变,原换热器内操作，故K'=K=321W/m.C,故11280=321x24.9A'A'=14.1m>4.48m故原换热器不合用.计算结果说明，只有当A'=14.1m时，才能保证11'=3(TC.j04al0203常压下338K之甲醇蒸汽经冷凝器冷凝后，送入冷却器中冷却至300K。冷凝器与冷却器中所用冷却水的初温都是290K,终温都是305Ko试安排两换热器中流体的流程及流向，并计算平均温度差。(换热器均为单管程、单壳程)(1)冷凝器蒸汽在管外空间，与水流向可任意安排A;=((338-290)+(338-3O5))/2=4O.5K(2)冷却器液体甲醇在管间流动,与管内冷却水呈逆流流动加=((338-305)-(3(X)-290))/(皿338—305)/(300—290))=19.26Kj04a10204在换热器中，热水流量为2000kg/h,冷水流量为3000kg/h,热水进口温度褊=85C,冷水进口温度电=159,如要求将冷水加热到如=35C,求采用并流和逆流时的平均温度差，冷、热水的平均比热容可认为相等。Gcp(r—T)=Gcp(/—t)2000(85—7)=3000(35-15)得T=55C并流时85I:~55"C15・35匕7020M=(70-20)/(/n70/20)=39.9,C逆流时85匕-55匕35C-5C5040M=(5O+4O)/2=45'CjO4a10205某平壁工业炉的耐火质厚度为0.213m,炉墙热导率4=1.038W/mK。其外用热导率为0.7W/mK的绝热材料保温。炉内壁温度为980℃,绝热层外壁温度为38t,如允许最大热损失量为950W/m)求：(1)绝热层的厚度；(2)耐火砖与绝热层的分界处温度。(l)g/A=(T-T)/(b/2+b/A)=(980-38)/(0.213/1.038+b/0.07)=950 39得：b2=0.055m(2)g/A=(r-T)/(b/A)=(980-1)/(0.213/1.038)=950得：T=785Tj04b10206高温气体在废热锅炉中喝8mmX3mm的钢质列管内流过，进口温度580'C,出口温度470'C,管外沸腾水温为225t。己知气体一侧的表面传热系数为300W/mK水侧的表面传热系数为10000W/m：K。不计污垢热阻,试求总温度差、跨过各个膜层的温度差以及内、外壁面的平均温度各为多少？(钢的/i=45W/mK)。基于传热面积的总传热系数为：Ko=l/[(l/ao+b.ob/(dn.A)+ob/(^.ai)]=l/(l/l0000+0.003x/35/45+38/32/300)=242W/mC总温度差Atm=[(580-225)-(470-225)]/In[(580-225)/(470-225)]=296.6*C跨过管外膜层的温度差：Atn)0=tw-ts=tw-225跨过管内膜层的温度差：Atmi=[(T1-Tw)-(T2-Tw)]/In[(T1-Tw)/(T2-Tw)]=(580-470)/In[(580-Tw)/(470-Tw)]因是稳定传热，故跨过各层的传热速率相等,即：Ko.兀.ch.L.Atm=ao.7t.曲.L.Atmo=ai.兀.di.L.Almi将已知值代入前两项，KP：242x296.6=10000x(tw-225)解得管外壁温度tw=232.2C将已知值代入首未项，即242x38x296.6=300x32x(580-470)/In[(580-Tw)/(470-Tw)]In[(580-Tw)/(470-Tw)]=0.387(580-Tw)/(470-Tw)=e=1.473解得管内壁温度Tw=237.4jO4a10207接触法硫酸生产中用氧化后的高温SO2混合气予热原料气(SO?及空气混合物)，已知：列管换热器的传热面积为90m3，原料气入口温度如=30(TC,出口温度心=430"CoSO2混合气入口温度加=560B两种流体的流量均为10000kg/h,热损失为原料气所得热量的6%,设两种气体的比热容均可取为1.05kJ/kg,且两流体可近似作为逆流处理，求：1.S0：混合气的出口温度加；2.传热系数/(W/nr'K)。1.100(X)x1.05x(560-7)=KXXXJx1.05x(430-300)x1.06得T=422.2'C2.q=10000x1.05x(560-422.2)=1.447x10kj/h3.At=((56()—430)-(422.2—300))/(ln(560—430)/(422.2—300))=126'C4.K=1.446x10x1000/(90x126x3600)=35.4W/m'CjO4a10208在内管为利80nlmX10mm的套管换热器中，将流量为3500kg/h的某液态堤从10(TC冷却到6(TC,其平均比热容c.=2.38kJ/kgK,环隙走冷却水，其进出口温度分别为40,C和5(TC,平均比热容c〃=4.174kJ/kgK,基于传热外面积的总传热系数后ZOOOW/mT,且保持不变。设热损失可以忽略。试求：(1)冷却水用量；(2)计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。冷却水用量：Wcp(T-T)=Wcp(r-/)3500x2.38x(100-60)=Wx4.174x(50-40)AW=7982kg/hAz逆=(50—20)〃n(50/20)=32.75Ar并=(60—10)〃n(60/10)=27.93g=KAA/2=333200kJ/hA逆=333200*107(20(X)x32.75x3600)=1.41mnd/=1.413.14x0.18x/=1.4l：.1=2.5mA并=333200x10/(2000x27.93x3600)=1.66m3.14x0.18x/=1.66."=2.93mj04al0209在一套管换热器中，用水蒸汽加热空气，已知空气侧的表面传热系数为40W/n?K,蒸汽冷凝侧的衣面传热系数为5000W/m4，现欲提高此传热过程的总传热系数，应从何着手解决？试用具体数据说明理由。(注：管壁热阻及污垢热阻可忽略)当忽略管壁及污垢热阻时K=aa!(a+a)=40x5000/(40+5000)=39.7W/m-V由于a>>a,故应设法增大a之值在管程允许的压力降范围内增大空气的流量，故将空气流量提高2.4倍,则a2'=2.4a2=2,4x40=80W/m.*CK=80x5000/(80+500())=78.7W/m-,CK/K=78.7/39.7=1.98若将a增大一倍：a=10000W/mTK=40x10(X)0/(40+10000)=39.8W/mPK/K=39.8/39.7-lj04al0210一列管式换热器，用饱和水蒸汽加热某易结垢的悬浮液，此换热器在流程安排上应使悬浮液走管程还是壳程？若在测试中发现此换热器在拆修清洗前、后蒸汽冷凝量之比为1：2,则清洗前垢层热阻与总热阻的比例为多少？管程；1/2 40清洗后Q=A，/£&则£R=A，IQ清洗前Q=At/(£R+R)则XR+R=Af/Q'：QIQ=\I2Q=(1/2)0：.R=ArIQ—ER=4/((l⑵Q)—AZIQ=AtIQ：.R/(£R+R)=ArIQI(MIQ)=1/2jO4alO211外径50nlm的不锈钢管，外包6mm厚的玻璃纤维保温层，其外再包20nlm厚的石棉保温层，管外壁温度为300'C,保温层外壁温度为35'C,已知玻璃纤维和石棉的热导率分别为0.07W/mK和0.3W/mK,试求：(1)每米管长热损失；(2)玻璃纤维层和石棉层之间的界面温度。(l)Q〃=2n(，-t)/[l/Zxln(d/d)+(〃％)xln(d/d)]=2xjt(300-35)/((1/0.07)xln[(50+12)/50]+(l/0.3)xln[(50+12+40)/(50+12)])=351.9W/m(2)Q/I=2n(t-t)/(1Uxln(d/d))=2xnx(300-r)/(l/0.07xln(50+12)/50)=351.9t=300-351.9x3.07/(22=128Cj04bl0212在逆流换热器中，将汕从25。加热到50'C,热水的进口温度为80,C,出口温度为35匕，求该换热器的效率。mcp(T—T)=mcp(r—t)tncp(80-35)=mcp(50-25)mcpx45=mcpx25mcp 410=KAA/=KndLA/①K=1/(54/(500x50)+0.()004x54/50+1/10)=372w/mKM=l/2x((120-30)4-(120-60))=75'CQ=4000/3600x1.9x10(60-30)=63.3x10W将Q,K及A/的值代入①式£=63.3x10/(372x0.054兀x75)=13.4m(3)由Q=aA(T-T)T=120-63.3x10/(10xO.O54nx13.4)=120-2.8=117.2℃(4)设蒸汽压力改变后的水出口温度为r则A/=(1/2)x((109-30)4-(109-/))=94-0.5r(/一，))=4000/3600x1.9x10(/-30)-30)由KAAf=mc372x0.054nx13.4(94-0.5/145.8(94-0.5r)=2100(rt=56.2"C检验：(109-30)/(!09-56.2)<2故上述计算正确。j04c20216有一换热器，并流操作时，冷流体进出口温度分别为25c和70C,热液体进出口温度分别为150c和100C。若在两种流体流量和进口温度均不变的条件下，将并流操作改为逆流操作，试问该换热器的传热速率和传热平均温度差有何变化？(定量说明)计算时可视G，和侬常量。逆流操作时：©=[1—A)]/[用-eTl,(l-/?,)];&=[1.邢飞1一面]/[脩-『气i一向]并流加=(125-30)//n(125/30)=66.6℃150—10()25f7012530以流体计：R=wc/(wc)=(/—i)/(T—T)=(70-25)/(150-l(X))=0.9NTU=KA/(wc)=(T-T)/A/=(150-100)/66.6=0.75逆流：R,NTU不变e=(T-T)/(T—t)=(1—e)/(/?—e)=(1-e)/(0.9-e)=0.438则(150—7)/(150-25)=0.438T=95.25Ct=wc/(wc)x(T—T)+f=0.9x(150-95.25)+25=74.28'CQ/Q=KAM/(MA/)=4/Ar=wc(T—T)/(wc(T-T))=(150-95.25)/(150-100)=1.095j04cl5217某列管换热器用109.2C的饱和水蒸汽加热管内空气，使它由20℃升至80C,现空气流量须增加一倍，问在传热面积和空气进、出口温度不变情况下，加热蒸汽温度应改变为多少？mc(/—t)=KAA/=。4加①mc(t—/)=aAAr②②/①得：m/m=aAr/(必，)=(m/m)(A//Ar)Ar=(m/m)Ar③Ar=((T-r)—(T—r))//n(T-/)/(T-r)=((109.2-20)-(109.2-80))//n(109.2-20)/(!09.2—80)=53.73C代入上式得Az=53.5x(m/m)=53.5x2=61.5*C即((T-20)-(T-80))//n(T-20)/(T-80)=61.5T=116.5'Cj04cl0218有一的OmmX4.5mm的钢管，管内通225c饱和水蒸汽，为了减少热损失，管外包一层厚度为50mm,热导率为0.IW/mK的石棉泥，置于温度为25℃的环境中，已知管内蒸汽冷凝表面传热系数为lO,W/nr'K,保温层外壁对周围空气表面传热系数为10W//K,钢管热导率为40W/mK,225c饱和水蒸汽的汽化热为1880.3kJ/kg,试求：(1)估计钢管壁温，计算保温层外壁温度；(2)计算每米管长每小时蒸汽冷凝量kg/mh。(1)\!(aA)=0.0001M 42b/(A4)=0.00011/4l/(aA)=0.IM由以上热阻分析可知，管内对流及钢管壁导热热阻相对于管外对流热阻而言均可忽略。因此钢管壁温f-225C又因为是稳定导热，各层传热速率相等，故2n(Ts-ta)/[(l/2)in(r3/r2)+l/(aT.r3)]=2n(tw-ta)/(l/aT/r3)(225-20)/[(1/0.1)In(75/50)+1/(10x0.075)]=(tw-25)/[1/(10x0.075)]tw=46.6C(2)Q/7=2n(Ts-ta)/[(l/21)ln(r3/r2)+l/(ar3)]=2n(225-20)/[(I/O.l)ln(7.5/25)+1/(10x0.075)]=102w/mw=Q/(lr)=102x3600/(188O.3x1000)=0.195Kg/m-hj04c20219某炉墙由厚250mm的耐火砖构成，其热导率4=0.84(1+0.695X10设炉内气体温度为1200℃,室温为25℃。热气体对炉墙的表面传热系数a=30W/mX,炉墙对周围大气的表面传热系数a=10W/mJ.Ko求每平方米壁面的散热量和壁面温度。根据两a值情况，先假设一平均壁温f=650℃则Am=0.84(14-0.695x10x650)=1.22w/m℃得总传热系数K=1/(1/30+0.25/1.22+1/10)=2.956w/mC4=2.956(1200—25)=3474w/mt=r-qxl/a=1200-3474/30=1084℃t=t+gxl/a=254-3474/10=372.4℃t=(1084+372)/2=728℃>t重算A=0.84(14-0.695x10x728)=1.265w/m*CK=1/(1/30-1-0.25/1.2654-1/10)=3.02w/mCq=3.02(1200-25)=3550w/mt=1200-3550/30=1082℃t=25+3550/10=380°Ctwirp(1082+380)/2=731℃A=0.84(14-0.695x10x731)=1.267w/m℃与原设2=1.265w/m℃很接近，故q=3550w/mt=1082X2/=38O℃j04cl0220某蒸汽管外包有两层厚度相等的绝热材料，已知第二层的平均直径相当于第一层的平均直径的两倍,而第二层的热导率为第一层的二分之一。如将两层材料的位置调换，则每米管长的热损失将如何变化？由多层圆筒导热关系，不计钢管热阻,并设两层材料对换位置后，外侧壁温相同,均为t3q=(t-r)/(/n(rlr)/(2tcA)+/n(rlr))q=(/—t)/(/n(rlr)/(2nA)4-/n(rlr)/(2冬入))按题意：r=2r和A=(1/2)A①故由r=(r—r)/1n(rlr)=2r=2x(r—r)//n(rlr)而r-r=r-r故/n(rlr)=2/n(rlr)②由①、②代入下式：q/q=(/n(rlr)/(2tU)4-/n(r/r)/(2n2))/(/n(rlr)/(2n2)+/n(rlr)/(2n2))=4/5,即对换后热损失减少20%.j04c10221求电热器中电热丝的表面温度。已知电热丝直径为0.5mm,全长2.5m,表面黑度£=0.9,周围反射器的温度为15C,电热器的功耗为0.4kW。不计对流传热。在题给条件下，适用Q=ccA0((T/100)-(T/100))现。=0.4x10we=0.9c=5.67w/mK0=1A=nd/=n(O.OOO5)(2.5)=O.OO393mT未知T=273+15=288K代入上式，得T=1189K=916'CjO4d25222有一水平列管式换热器,管径为。25mmX2.5mmm,管长1=3.5m,根数〃=37根,今用此换热器将流量为每小时15吨的苯从3(TC加热到70C,并用温度为119.6,C的蒸汽做载热体，问该热交换器是否合用？如不合用可采取哪些措施？从结构上及操作上加以定量说明。已知污垢热阻吊=l/120(WK/W；苯的密度2=900kg/m3；粘度〃=0.47cP：比热容4=1.8kJ/kgK：热导率2=0.145W/mK,管壁的热导率/l=40W7mK。令下标i表示管内，o表示管外.d/1=15x/[3600x900x37x(n/4)xO.02]=0.4m/sRe=0.02x0.4x900/(0.47x10)=15320Pr=l.8x10x0.47x10/0.145=5.83ai=0.023x(0.145/0.02)x15320x5.83=753W/m.℃设ao%10000W/n].CKo=l/[1/10000+0.0025x25/(22.5x40)+25/(20x1200)+25/(20x753)]=248W/mC(也可忽略凝液膜层的热阻)Atm=[(119.6-30)-(119.6-70)]/ln[(119.6-30)/(119.6-70)]=67.6℃Ao=nxO.025x3.5x37=10.2m换热器能达到的传热速率为：Q二Ko.Ao.Atm=348x10.2x67.6=2.4x10W任务要求的传热速率为：Q*=m.Cp(t2-tl)=15xl0xl.8xl0x(70-30)/3600=3x10W>Q故已有的换热器不合用.改进措施之一:在设备可承受的范围内提高加热蒸汽压力，也即将蒸汽温度提至T,其它条件均不变，此时相应的平均温度差为Atm',故Q*=Ko.Ao.Atm*或3x10=348x10.2Atm*解得Atm*=84.5*C而Atm'=[(T*-30)-(V-70)]/In[(T-30)/(T-70)]=(70-30)/ln[(C-30)/(T*-70)]=84.5即CT-30)/CT-70)=c=e=1.605 43解得T'=136C改进措施之二：将管程改为双程前已算出单程时苯处于湍流状态，故改为双程后对流传热系数之比为：ai/ai=(4H,/in)=2=1.74a=1.74x753=1310W/m.CKo'=1/[1/10000+0.0025x25/(22.5x40)+25/(20x1200)+25/(20x1310)]=462W/m*CQ''=Ko'.Ao.Atm=462xl0.2x67.6=3.2x10W>3xl0Wj04d20223在一新的套管式换热器中，冷却水在幽5nlmX2.5mm的内管中流动，以冷凝环隙间的某蒸汽。当冷却水流速为0.4m/s和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为危=1200W/m4和友=1700W/m」K。水在管内为湍流，管壁的热导率/l=45W/mK,水流速改变后，可认为环隙间蒸汽冷凝的传热系数不变。试求：1.当水流速为0.4m/s时，管壁对水的表面传热系数为多少？2.某蒸汽冷凝的表面传热系数为多少？3.若操作一时期后，水流速仍保持为0.4m/s,但测得的4值比操作初期下降10%,试分析原因。并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%?1.a、a令管内水的传热系数在流速为0.4,0.8时分别为。、a，并令冷凝传热系数为。，总传热系数分别为K及KA1/K=dKad)+bd/(加)+l/(a)...11/K=dKad)4-bd/(Ad)+l/(a)...2将⑴一⑵得：1/K-(1/K)=(l/a-Ma)x(d/d)…3在管内不同流速时传热系数之比：(ala)=(0.8/0.4)=2a=1.74a1/K—1/K=(l/a—l/(1.74a))(d/d)=(0.74/(1.74°))x(d/d)1/1200-1/1700=0.74/(1.74a)x(25/20)a=2169w/m-K2.a?由式1可求得：1/1200=25/(2169x20)+0.0025x0,025/(45x(25+20)/2x|0)+Maa=5120w/m-K3.主要原因为污垢沉积所致。由。=54可知当K降低10%时，则冷却水出口温度随之下降，故4略有升高，故冷凝闻:下降低于10%。j04d20224流量为1000kg/h的某气体通过列管换热器的管程，由150℃降至80℃。壳程软水的初温为15℃,出口温度65C,两流体作逆流流动。已知气体对管壁的表面传热系数远小于管壁对水的表面传热系数。试求：(1)冷却水用量；(2)如气体处理量增大50%,冷却水初温不变，仍用原换热器达到原要求的气体冷却程度，此时出口水温将为多少度？冷却水的用量为多少？设管壁热阻、污垢热阻、热损失均可忽略不计。气体的平均比热容为1.02kJ/kgK,水的比热容为4.17kJ/kgK,不计温度变化对比热容的影响。气体均作湍流流动。(1)Q=GC(T-T)=GC(/—r)=1000x1.02(150-80)=Gx4.17(65-15)=7.14x10KJ/h冷却水量G=342.4Kg/h(2)按题意A不变，故流量改变前后Q/(KAr)=Q/(KAr)现Q=1.5。a=(1.5)a=1.38a而K—a及Ko故有A=Zx(2'/Q)x(K/K')二Aunxl.5/1.5=(1.5/1.38)4=1.0874M=((150-65)-1-(80-15))/2=75*C而Ar=1.087x75=81.51;即((150-r)4-(80-15))72=81.5'C得/=52*C冷却水流量G=Q/(c(/-t))=1.5x7.14x10/(4.17(52-15))=694Kg/h.校核ZA/=150—52=98℃Ar=80-15=65°CArN<2故可用算术平均值。 44j04d20225用两个相同结构尺寸的列管换热器按并联方式加热某料液，换热器的管束由32根长31n的025mmX2.5mm钢管构成，壳程为120C的饱和蒸汽，料液总流量为20nf/h,按相等流量分配在两个换热器管程中作湍流流动。由25c加热到80c蒸汽冷凝表面传热系数为8kW/疗K,管壁及污垢热阻可不计。热损失也可不计。料液比热容为4.IkJ/kgK,密度为1000kg//。试求：(1)管壁对料液的表面传热系数：(2)料液总流量不变，将两换热器改为串联，料液加热程度有何变化？两种情况下蒸汽侧表面传热系数和流体物性视为不变。(1)Q=x1000/(2x3600)x4.1x10x(80-25)=6.26x10WAtm=[(120-25)-(120-80)]/ln[(120-25)/(120-80)]=63.6AAo=?txO.025x3x32=7.54mKo=Q/Ao/Atm=6.26x10/(7.54x63.6)=1305W/m."Cdo/(airfi)=1/Ko-1/au=1/1305-1/8000=0.000641a\=25/(20x0.000641)=1950W/m."C(2)ai'=2ai=1.74xl950=3393W/m.VKo'=1/[1/8000+25/(20x3393)]=2027W/m.*C：Q'=K'A'Atm'.".20x1000/3600x4,1x10(t2'-25)=2027x(2x7.54)x(t2'-25)/ln[(120-25)/(120-t2')]In[(120-25)/(120-t2')]=1.3495/(120-t2')=e=3.82解得t2'=95.1匕jO4b15237在单程列管换热器内，用n(TC饱和水蒸汽将管内的水从30'C加热到50'C,列管直径为025minX2mm,长6m,水流经换热管因摩擦引起的压降为3000Pa,换热器的热负荷为2500kW。试计算：(1)换热器的管数〃：(2)基于管子外表面积的总传热系数廊。己知：①摩擦因数按，=0.3164/Ee°"s计算：②操作条件下水的平均物性：p=992kg/m3,c»=4.174kJ/kgK,/z=0.656cP.(1)管内流速u：3000=[0.3164/(duM)]x(6/0.021)x992(u/2)={0.3164/[0,021x992/(0.656x1())]}x(6/0.021)x(992/2)xuu=0.938m/s(2)水流量：Q=wcA/=25OOw=2500/(4.174x20)=29.9Kg/s(3)管数与传热面：n=29.9/5/4x0.021x992x0.938)=93根A=7tx0.025x6x93=43.8m(4)传热系数：K=2500/(43.8x(80-1-60)/2)=0.815Kw/mCj04bl0238判断下列说法是否妥当，如不妥，请写出正确说法。1)蒸汽在管外冷凝时，“冷凝负荷越大，冷凝表面传热系数越高"；(2)用饱和蒸汽加热容器内的液体，使之沸腾时，“饱和蒸汽的压力越高，越有利于强化传热”。(1)说法不良。在冷凝液膜呈滞流状态时，冷凝负荷增大，冷凝传热系数减小，而只有在冷凝液膜呈湍流时，冷凝负荷越大，冷凝传热系数才越大。5分(2)说法不妥.当加热的饱和蒸汽压力脸时,加热面的温度，就大,若传热温度差小于临界温度差4时,蒸汽压力愈高,才愈有利于强化传热.但当时,再提高蒸汽压力，则a下降，不利于使传热。jO4blO24O现有一套测定表面传热系数的装置(如图)，拟测空气在管内作强制湍流时的表面传热系数a,该装置的管子外壁绕有电阻丝，以加热管壁，热电偶丝外面包有保温层。问：1.在实验中需要测定哪些参数？2.在图上标出欲测参数的测试位置,并注明所采用的测试仪表3.写出通过实验计算表面传热系数a的计算步骤。1.需要测量参数：(A)记取管子内径d,加热段长度/；(b)测定空气的流量或流速；(c)测出空气的进出口温度，与f；(d)测量管壁温度/o3分2.测试位置如图：空气流量可用毕托管，热线风速议，转子流量计，或煤气表等测量；/与，用玻璃温度计；t用热电偶，通过毫伏温度计显示。3分3.计算传热面积A=rtd内/算出流体平均温度/=(1/2)(/+/)根据Q=v0c(t-t)求出。值根据Q=aia—/)可以算出a值。4分j04bl5241用120℃的饱和水蒸汽将流量为36//h的某稀溶液在双程列管换热器中从80c加热至95℃ 45。若每程有直径为秘5nlmX25mm的管子30根，且以管外表面积为基准的传热系数QZSOOW/m,K。蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试求：(1)换热器所需的管长；(2)当操作一年后，由于污垢累积，溶液侧的污垢系数为0.00009kK/W,若维持溶液的原流量及进口温度，其出口温度为多少？又若必须保证溶液原出口温度，可以采取什么措施？注：溶液的密度及比热容与水近似：p=1000kg/m3；a=4.2kJ/kgK(1)A/=(加一4)//n(Ar/Ar)=((120-80)-(120-95))//n(40/25)=31.9'CQ=(36x1000/3600)x42(X)x(95-80)=630x10wA=Q/(KAr)=630x10/(2800x31.9)=7.05mA=nnd(2L)=30nx0.025x2Z=4.712m£=7.05/4.712^1.5m<=1.496)5分(2)(do/di)R=1/K污一1/K净1/K污=0.00009x25/20+1/2800=0.()0009-1-0.000357=0.00047K污=2128w/m℃Q=(36x1000/3600)x4200x(/-80)=KJv4A；3600/3600x4200(t-80)=2128x7.05x((120-80)-(120-t))/ln((l20-80)/(120-t)=15766.6(/-80)/In(40/(120-/))/n40-/n(120-r)=0357/n(120-r)=3.6889-0.357=3.331120-，=28t=92C措施：(I)提高加热蒸汽温度(调节加热蒸汽的压力)(2)清除污垢。j04al0243为了测定套管式甲苯冷却器的传热系数，测得实验数据如下：冷却器传热面积4=2.8nT,甲苯的流量融=2000kg/h,由8(TC冷却到40'C,甲苯的平均比热容以=L84kJ/kgK。冷却水从20C升高到3O'C,两流体呈逆流流动，求所测得的传热系数伪多少？若水的比热容5=4.18kJ/kgK,问水的流量为多少？热负荷G=Wc(T-T)=2000/3600x1.84(80-40)=40.9KwA/；80*4030---205020Ar=(50-20)//n(50/20)=32.7*CK=0(M)=40.9x10/(2.8x32.7)=446w/m•℃Q=Wc(t—t)W=Q(c(t-t))=40.9/(4.18(30-20))=0.978Kg/s=3522Kg/hj04al0244某平壁炉的炉壁由耐火砖、绝热砖和钢板组成，如图所示。其热导率2和厚度b数据如下：耐火砖：>1)=1.05W/m,K*b\=200nun；绝热砖：Az=0.151W/m,K»"=100mm；钢板：Ai=45W/ni,K,bx=6nun0耐火砖内侧温度h=1150℃,钢板的外侧温度匕=30℃。试求：(1)单位面积的热损失6(2)绝热砖和钢板的界面温度以假设各层间接触良好。(1)q=(t一，)/(b"+b/A+b/A)=(1150-30)/(0.2Z1.05+0.1/0.151+0.006/45)=1313w/m(2)q=(j-t)/(b/A)=1313t=1313x0.006/45+30=3O.2Cj04al0245举例说明下列各图的物理意义，并写出A器的数学表达式：(A)高温的饱和蒸汽冷凝加热冷流体，使其温度升高Ar=(Ar—Ar)//n(Ar/Ar)(b)高温的饱和蒸汽冷凝加热某液体，使其沸腾3分M=13分(c)热流体和冷流体逆流换热，热流体放出显热沿传热面方向温度降低，冷流体吸收显热，沿传热面方向，温度升高。A/=(A/-A/)/1n(Ar/A/)4分j04bl0246用175c的油将300kg/h的水由25c加热至90C,已知油的比热容为2.IkJ/kgK,其流量为400kg/h,水的比热容取4.2kJ/kgK,今有以下两个传热面积均为OJZn?的换热器可供选用。(1)换热器1：%=625W/m2K,单壳程，双管程，以r=0.7；(2)换热器2：A；=500W/m2K,单壳程，单管程，△心按逆流计。为保证满足所需换热量应选用那一个换热器。热负荷：Q=wc(r—/)=300/3600x4.2(90-25)=22.75Kw油出口温度/：Q=(400/3600)x2.1(175-1)=22.75T=77.5C逆流下的4：175一一77.59()-25 468552.5Z=(85-52.5)//n(85/52.5)=67.5C(1)换热器1传热速率Q=KAM=625x0.72x67.5x0.7=21.3Kw<22.75kw故换热器1不合要求(2)换热器2传热速率0=KAAl=5(X)x0.72x67.5=243Kw>22.75kw 47换热器2能满足要求。jO4cl5247现有两台单壳程单管程的传热面积均为20m：的列管式空气加热器，每台加热器均由64根的7mmX3.5mm钢管组成，壳程为17(TC的饱和水蒸汽冷凝(冷凝潜热r=2054kJ/kg),空气入口温度如=30℃,流量为2.5kg/s,以湍流方式通过管内。(1)若两台换热器并联使用，通过每台换热器的空气流量均等，此时空气的表面传热系数为38W/mi(,求空气的出口温度及水蒸汽的总冷凝量：(2)若二台换热器改为串联使用，问此时空气的出口温度及水蒸汽的总冷凝量为多少？假定空气的物性不随温度压力而变化，视为常量c,.=lkJ/kgK。忽略热损失。(1)换热器并联=wc(/—f),:a»a=38w/m«'CA/：170--*17030*-t140170-/Z=(t-30)//n(140/(170-r))按一台换热器计算：38x20x(r-30)//n(140/(170-/))=1.25x1000。-30)Zn(140/(170-/))=0.618t=93.8'C0=1.25x1000(93.8-30)=7.98x10ww=Q/r=7.98xlO/(2054x|000)=0.0388Kg/s=140Kg/h蒸汽总冷凝量w=280Kg/h=1.74—30)/n(140/(170-r))=1.059(2)换热器串联ala=(w/w)=21.74x38x40x(/-30)//n(140/(170-/))=2.5x1000(/=121.4℃w=2.5x1x(121.4-30)/2054=0.11IKg/s2400Kg/hjO4c15248有一单壳程单管程列管式冷凝器，由60根的5mmX2.5nlm的钢管组成，管长1.3m,某种有机蒸汽在管间冷凝，冷凝温度为90C,冷却水走管内，流量为34m'/h,水在管内的流型为湍流，其进出口温度分别为20℃和40℃,试计算此冷凝器的传热系数。为了节约冷却用水，拟将单管程列管冷凝器改为四管程，试问在保证原来的冷凝负荷(即每小时的冷凝量)下，能否使用水量减少一半。假设两侧污垢热阻，管壁热阻和蒸汽冷凝的热阻以及热损失均可忽略不计。(1)求传热系数：取水的0=lOOOkg/m,cp=4.18kJ/kg.X?冷凝负荷(传热速率)Q=(34x1000/3600)x4.18x(40-20)=789.6KJ/sK=Q(A4)A=7td/n=7tx0.025xl.3x60=6.126mAr=(50+70)/2=60℃.\K=789.6/(6.l26x60)=2J48kJ/mK-s(2)改为四程时：按水用量减半计：W'/WxW=(l/2x4)=2此时水流速为原来的2倍，故a水从原来的a变为aa/a=2K=Kx2=2.148x2=3.74kJ/m-K-s若传热速率同前，则出口水温为t2'°C因789.6x10=34x1000/(2x3600)x.4.18x10(12,-20)解得t2'=6(TCAz=((90-20)-(90-60))//n(90-20)/(90-60)=47.2'CQ=3.74x6.126x47.2=1081.6kj/sQ>789.6,故改为四程用水量可以减少到原来的50%以下。j04c20249在套管换热器中，用117℃的饱和水蒸汽在环隙间冷凝以加热管内湍流流动(7?e>10')的水溶液(小=1050kg/m\cP=4.lkJ/(kgK)当溶液流量为0.637//h时，可从20C加热至102℃,而当流量增加到1.2n?/h时，只能从20C加热至97C,试求换热器传热面积力和流量为1.2m'/h时的传热系数K值。计算时可忽略管壁热阻，污垢热阻并可当平壁处理，两种情况下蒸汽冷凝系数圆均可取8000皿7(111次)。在原流量下：Q=(0.637x1050/3600)x4.1x(102-20)=62.46kWAT=((117-20)-(117-102))//n((117-20)/(117-102))=82/1.861=43.9*CKA=Q/Ar=62.46/43.9=1.423增加流量后：Q=1.2x1050/3600x4.1x(97-20)=110.5kWAr=((117-20)-(117-97))/ln((117-20)/(ll7-97))=48.771KA=110.5/48.77=2.266KA/(KA)=K/K=1.423/2.266(1)(2)(3)(4)a=919W/m-KJA=110.5/(824x48.77)=2.75ml/K=l/a+l/a=l/a4-0.0001251/K=]/a4-0.000125a=(1.2/0.637)a=L66a解上四式得：a=554W/m-KK2=824W/mKjO4d2O251一球形液氮罐，球内径为0.6m,罐外有一隔热夹层，夹层内装有绝热材料，其热导率为2X10"W/mK,厚度为25nlm,液氮温度维持一196C,在此温度下蒸发潜热为190kJ/kg,环境温度为2「C,假设绝热层外表面温度亦为21℃ 48。设绝热材料与夹层壁紧密接触。试计算液氮每天的蒸发量。如果罐外夹层没装绝热材料，而抽成真空，假设球形夹层相对的两个表面为均黑体，液氮每天的蒸发量为多少？比较以上两个计算结果，说明什么问题？忽略罐内蒸发侧及罐壁的热阻。(1)推导空球壁稳定热传导的关联式Q=—Z4(dr/dr)=—Mnr(d〃dr)Q/(4n2)f(dr/r)=-fdzrtQ=4n也—t)/(1/r—\lr)(2)计算罐外夹层装有绝热材料时液氮每天的蒸发量G据题意，忽略罐内侧及罐壁热阻，夹层内侧温度/原为一196C,外侧，为21C,热传导速率G=4nx2xl0(-196-21)/(1/0.3-1/0.325)=-2.127WG=[2.127/(190x10)]x3600x24=0.967kg/天(3)夹层内抽成真空时，每天的液氮蒸发量G夹层内两表面间进行辐射传热，由此引起的漏热量Q=c+1/£-1)((T/100)-(TZ100))£=£=1=5.669x4n(0.3)(((-196+273)/100)-((21+273)/100))=-476.8wG=476.8/(190x10)x3600x24=216kg/天(4)计算结果说明夹层内填充导热系数很低的绝热材料，绝热效果良好，液氮蒸发量低。如夹层内只抽成真空而不填充绝热材料，尽管消除了对流和导热，但由于液氮温度很低，辐射引起的漏热量是很大的。本计算结果是该情况下最大的辐射漏热量。两程不同情况卜的漏热量相差两个数量级。由此可见在温差很大的情况下防止辐射漏热非常重要，因为辐射使热量与绝对温度的四次方成正比。j04c15252通过一列管式换热器，用120℃的饱和水蒸汽加热列管内的某种气体，使其由20℃升高到80℃,气体呈湍流状态，若气体流量增加了50%,而入口温度不变，试计算加热蒸汽用量为原用量的倍数。管壁热阻、污垢热阻及热损失可忽略，且可将气体物性视为常量，加热蒸汽温度不变。原工况：Q=Wc(t—t)=KAAr新工况：Q=Wc(t—t)=KAA/Q/g=W(rt)/(w(r-r))=K4/(KAr)■:a«aK/K=ala=(u/u)=(w/w)=(1.5)Ar：120120208010040A/=(100-40)//n(l00/40)=65.48℃Ar-120120201100120-zX=(/-20)//n(100/(120-/))Q/Q=\.5(t-20)/60=1.5(t-20)/(65.48x/n(100/(120))/n(100Z(120-/))=0.845t=77*CQ/g=1.5x(77-20)/60=1.426V2=WrJW/W=1.426j04cl5253流体在圆形直管内作强制湍流流动(为完全湍流)。若减小管径，使表面传热系数增加至原来的〃倍，问在下列情况下输送流体所消耗的功率如何变化？(1)流体的平均流速保持不变；(2)流体的流量保持不变。流体物性视为常量。(l)u不变a=(0.023/Vd)x(uda〃)Pra0cdala=(d/d)=n(d/d)=n功率N«VxhV一一体积流量h一一沿程立管阻力h=2(//d)(u/2)完全湍流，4值不变h/h=d/d=nV=7t/4xduV/V=(d/d)=nAN/N=n(2)V不变，即ud=常数uZu=(d/d)N/N=(u/u)«(d/d)=(d/d)ala=(u/u)(d/d)=(d/d)=nd/d=nAN/N=nj04c10254欲将夹套加热器中的某溶液进行加热，使其从3(TC加热至60C,溶液量为6000kg,传热面积为6m,容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的，加热蒸汽为0.IMPa的饱和水蒸汽，传热系数为800W/m2K,求将溶液由30C加热至6(TC所需要的时间？已知溶液比热容为5kJ/kgK,热损失忽略不计。d时间内蒸汽冷凝传给冷流体(质量G)的热量d2=KA(T-/)drdril寸间内，冷流体(G)吸收的热量dQ=GcdrdQ=dQKA(T-z)dr=GcdrTtfdr=Gc/(KA)；dt/(T~t)t0.IM用压力蒸汽的温度约为KXTCr=6000x5000/(800x60)x/n((100-30)/(100-60))=3497.6s=0.972h 49jO4dlO255为减少两个高低温固体平面门间在稳定传热过程中的辐射传热量，在其间加装〃片很薄的平行遮热板(如图所示)，试推导加装〃片遮热板后传热量减少到原来未装遮热板时传热量的倍数。遮热板与两固体表面的黑度均相同。推导：当平面门间的距离不很大时角系数巾=1(1)未装遮热板时Q=c/(\/£+1/£T)xA((T/100)-(T/100))■:£—£=£=£==£=£"Q=c/(2/l1)xA((T/100)一(T/100))=((T/100)-(T/100))/((2/l1)/cA)令(2/e-l)/(cA)=R,可视为辐射热阻。(2)加装n片遮热板时Q=c/(2/l1)xA((T7100)-(T/100))=[(T/100)-(T/100)]//?同理Q=[(T/100)—(T/100)]/RQ=[(r/I00)-(T/100)]//?又由于是稳定传热，任何相邻两块平板间的传热量均相等，即。=Q=……=。，根据热阻叠加原理Q=[(T/I00)—(T/I00)]/(n+l)R:.Q/Q=1/(n+1)由此得出：在稳定传热过程中，两平门平面物体间加装n片遮热板后，传热量减少为原来传热量的l/(n+l)倍。jO4b10256估算套管式换热器金属管内管壁的平均温度储环隙为0.IMPa的饱和水蒸汽冷凝。若：(1)内管中为气体，由159升至55°C；(2)内管中为水，由15C升至55*C,水的表面传热系数为4000W/nT'K。(1)若忽略金属管壁热阻，则内管的内、外壁温度相等，均为Tw.饱和水蒸汽冷凝传热系数a约为1x10W/m气体时流传热膜系数a约为几十w/m-"C.a»a,t«s=l()0'C△tm=[(100-15)+(100-55)]/2=651：水的平均温度tm=(15+55)/2=35t(2)Ar/(I/a+i/a)="—35)/(1/a)65/[l/I0+l/(4xio)]=(/-35)/[l/(4xl0)]t=81.41CjO4c2O257有一单壳程单管程列管换热器，管外用120,C饱和蒸汽加热，干空气以12m/s的流速在管内流过，管径为典8mmX2.5mm,总管数为200根。已知空气进口温度为26。，要求空气出口温度为86C,试求(1)该换热器的管长应为多少？(2)若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而管径增大为由4mmX2mm。总管数减少20%,此时的出口温度为多少？(不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失)定性温度下空气的物性数据如下：c,=l.005kJ/kgK,p=1.07kg/m:,,〃=0.0199cP,A=0.0287W/mK,Pr=0.697。空气流量=I2x200x(tc/4)x0033x|.07=2.2Kg/s2=2.2x1.005x60=132.7kj/sa=(0.023x0.0287/0.033)x(O.O33x12x1.07/[0.0199x10)]x0.697.023x0.287/0.033x2901x0.866=50.3W/mK忽略蒸汽冷凝，管壁和垢的热阻K=aM=((120-26)-(120-86))//n[(120-26)/(120-86)]=59A=(132.7xl0)/(50.3x59)=44.7m管长£,=44.7/(200xm<0.033)=2.16m原管截面=(2OOx7t/4)xO.O33=0.171m现管截面=(16Oxn/4)xO05=0.314m现管内流速u=(0.171/0.314)x12=6.54m/sa=(0.023x0.0287/0.05)x[0.05x6.54x1.07/(0.0199x10)]x0.866=28.5W/m-KA=160xnx0.05x2.16=54.3mQ=2.2x1.005x(，出一26)x10=28.5x543x((120-26)-(120-f出)/In((120-26)/(120-，出)))=28.5x543x(/出-26)/ln((120-26)/(120r出)))/n(94/(120一，出))=28.5x54.3/(2.2x1.005x10)，出=73.3Cj04c20258通过一套管式换热器，用110℃的饱和水蒸汽加热某水溶液，水溶液走内管(而8nlmX2.5mm钢管)。当溶液流量为0.64/4时，呈湍流状态，可从20℃加热至90C,当流量增加到1.2n?/h时，只能从20℃加热至85℃,试求换热器的传热面积4和流量为1.2nf/h时的传热系数份。水溶液的密度A=1050kg/m3,c.=4.IkJ/kgK,蒸汽冷凝表面传热系数均取为lO'W/m*,计算时可忽略管壁热阻、污垢热阻。原流量5：Q=(0.64/3600)x1050x4.1x(90—20)=53.6kWAr：11011020909020A/=(90-20)〃n(90/20)=46.54K=QAA/m=53.6xlO/(Ax46.54)=115IM增加流量后Q=(1.2/3600)x1050x4.1x(85-20)=93.3KwA/：11011020859025Ar=(90-25)//n(90/25)=50.74*CK=93.3x10!(Ax50.74)=1838MK/K=1.597(I)1/K=d/(ad)+1/a=1.15/a+1x|0(2)1/K=dl(a.d)+l/a=1.15/a+1x10(3)ala=(1.2/0.64)=1.65a=1.65a(4)解以上四式得a=620W/ma=1023W/mK=817W/m-'CA=93.3x10/(817x50.74)=2.25m
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